Фертильность и жизнеспособность пыльцевых зерен у бессемянных и семенных сортов винограда и гибридных сеянцев

Селекция и классификация бессемянных сортов винограда

Во всем мире отмечается возрастающее внимание к бессемянному столовому винограду как ценному диетическому и питательному продукту, который пользуется высоким спросом в течение круглого года. Поэтому пополнение сортимента новыми бессемянными сортами является особо актуальной задачей.

Селекция бессемянных сортов винограда

Наиболее перспективным направлением селекции является создание устойчивых к неблагоприятным воздействиям внешней среды, болезням, вредителям бессемянных сортов. Связано это с возрастающей нагрузкой на окружающую среду от пестицидов, их дороговизной, значительными затратами на проведение мероприятий по защите насаждений от основной болезни — милдью. Но на пути решения этой селекционной задачи возникают определенные сложности генетического характера. Часто гены, контролирующие посредственное качество ягод, сцеплены с генами устойчивости и не удается выделить из гибридного потомства бессемянные сеянцы с высоким качеством ягод и достаточной полевой устойчивостью. То есть часто селекционер стоит перед дилеммой, что выделять в потомстве:

• есть хорошие размеры, вкус, но нет устойчивости болезней;
• есть приличная устойчивость (можно выращивать максимум при 1-2 обработках в годы эпифитотий), но качество ягод оставляет желать лучшего;
• иногда в потомстве проскакивают сеянцы с очень высокой устойчивостью и морозостойкостью, а качество таково, что ягоды висят до морозов — никто не хочет есть, ни осы, ни птицы, ни люди.

Часто приходится выбирать в зависимости от того, к чему предрасположен сам селекционер. Наследование признака бессемянности носит сложный генетический характер. В целом генетические ограничения для получения бессемянных сортов, сочетающих устойчивость к грибным болезням, вредителям, морозам и высокое качество ягод, отсутствуют, поэтому получение достаточно крупноплодного устойчивого бессемянного сорта — вопрос времени.

Кроме устойчивости, потребителя интересует размер ягод, величина грозди, окраска, т. е. внешний товарный вид. Известно, что рост, линейные размеры ягод зависят от массы семян в ягодах. Семена производят гиббереллины, и чем больше масса семян в ягодах, тем больше они продуцируют гиббереллинов, тем крупнее ягоды. Пока не получены бессемянные сорта с ягодами крупнее 6 г. Самая крупноягодная форма — гибрид /1-4 имеет массу ягод 5,4 г. Бессемянные сорта кишмиш Согдиана, гибрид-6, Кишмиш молдавский, Кишмиш лучистый, Белградский бессемянный имеют ягоды весом 3,1-3,8 г. Циркулирующие в любительской среде сведения об устойчивых бессемянных сортах с весом ягод 15-23 г сильно преувеличены. Реально бессемянные ягоды массой 6- 8 г были получены сотрудниками селекцентра ВсеросНИИВиВ с использованием специальной технологии на семенном сорте Талисман с функциональноженским типом цветка.

Классификация бессемянных сортов винограда

У бессемянных сортов средняя масса и размеры рудиментов семян колеблются по годам в зависимости от суммы активных температур от биологического нуля до цветения, за период цветения и от суммы осадков за период цветения. О степени бессемянности некоторых сортов можно судить по категории бессемянности (см. таблицу 2 ).

Фертильность и жизнеспособность пыльцевых зерен у бессемянных и семенных сортов винограда и гибридных сеянцев

Одним из опаснейших загрязнителей является группа тяжелых металлов. В окружающую среду тяжелые металлы попадают за счет интенсивных выбросов золы, шлака, дыма, пыли, других отходов промышленных предприятий, различных средств для ухода за дорогами, деятельности цементных заводов и т.д. [3]. Тяжёлые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах, так как они являются высокотоксичными веществами и отвечают за мутагенные эффекты [9].

К тяжелым металлам относятся свыше 40 элементов, имеющих атомную массу больше 50 [1]. Наиболее распространенными из них являются следующие: Pb, Cd, Hg, Cu, Zn, Sn, V, Cr, Mo, Mn и Ni.

Вычленение какого-либо конкретного вещества, вызывающего развитие аномалий в генеративной сфере, затруднительно, т.к. негативное воздействие вещества и ответная реакция растения значительно разнесены во времени [6].

Палинологический метод, учитывающий соотношение нормальных и аномальных, фертильных и стерильных пыльцевых зерен, является одним из инструментов биомониторинга.

Цель наших исследований – изучить фертильность пыльцевых зерен, аномалии строения и содержание тяжелых металлов в пыльце сосны обыкновенной, произрастающей в условиях разной антропогенной нагрузки.

Материал и методы исследований

Исследовали древостои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в сосняках – зеленомошниках. Районы, где произрастают деревья, участвовавшие в исследовании, были условно разделены на 3 категории: условно-чистый район, без признаков атмосферного загрязнения (Красновишерский район Пермского края), условно-чистый, но под возможным влиянием атмосферных выбросов близ расположенного города (поселок городского типа Полазна) и загрязненный, с хорошо развитой промышленностью и сетью автодорог, город (г. Пермь). В 2010-2013 гг. на всех указанных участках собирали образцы пыльцы с 10 деревьев на каждом участке.

Микростробилы собирали на высоте 3-4 метра с северной и северо-восточной стороны дерева. Микростробилы фиксировались в уксуснокислом спиртовом растворе (фиксатор Кларка), затем переводились в 80 % этиловый спирт на хранение. Содержание крахмала в пыльцевых зернах определяли в растворе Люголя по степени окрашивания в 4-балльной системе: неокрашенные, слабо окрашенные, средне окрашенные и сильно окрашенные пыльцевые зерна. В целом, неокрашенные пыльцевые зерна – стерильные, окрашенные в разной степени – фертильные. Для исследования фертильности пыльцы из каждого образца (микростробилы одного дерева) изготавливали 10 препаратов, все препараты просматривали в 10 полях зрения. Проращивание пыльцы проводили в 15 %-ном растворе сахарозы на агаровом субстрате при температуре 26 ºС, через 7 дней подсчитывали число проросших пыльцевых зерен [7]. В целом было приготовлено и изучено 2000 препаратов. Для определения содержания тяжелых металлов в пыльце атомно-адсорбционным методом микростробилы собирали в конверты из фильтровальной бумаги, высушивали и просеивали через фильтр.

Математическую обработку результатов исследования проводили с помощью программы Microsoft Excel 2010.

Анализ фертильности пыльцевых зерен показывает, что в 2010-2012 гг. процент фертильности был достаточно высок, варьировал от 69,6 до 89,8 % (г. Пермь) и от 73,9 до 97,5 % (пос. Полазна) (табл.1). Надо отметить, что фертильность пыльцы у сосны обыкновенной, произрастающей в относительно чистом районе – недалеко от пос. Полазна, была на 4-10 % выше, чем у деревьев в г. Перми.

В 2013 г., в отличие от предыдущих лет исследований, обнаружено значительное снижение фертильности до 11,5 % (г. Пермь) и 31,2 % (пос. Палазна). Также при проращивании пыльцы только в 2013 г. полностью отсутствовал рост пыльцевых трубок во всех опытах. При этом у 15 % исследованных пыльцевых зерен с деревьев г. Перми и у 6 % – из пос. Полазна наблюдали заражение грибным мицелием. По-видимому, это можно объяснить ухудшением погодных условий в 2013 г., более влажной и холодной весной.

Фертильность пыльцевых зерен сосны обыкновенной

Фертильность и жизнеспособность пыльцевых зерен у бессемянных и семенных сортов винограда и гибридных сеянцев

В. Р. Ройчев. Аграрный университет, Болгария, г. Пловдив

Приведены результаты исследований по выявлению фертильности и жизнеспособности пыльцевых зерен у бессемянных и семенных сортов винограда и гибридных сеянцев, выращиваемых в целях селекции.

Фертильность пыльцевых зерен является специфической и высокой у всех изучаемых бессемянных и семенных сортов винограда и гибридных сеянцев – в среднем 92,20-99.80 %, а жизнеспособность составляет 14,20-49,80 %. Энергия прорастания пыльцы и развития пыльцевых трубок у опытных сортов повышается с четвертого по шестнадцатый час после посева пробы на питательные среды. Их длина достигает наибольшего размера у сорта Болгар (362,78 um), за которым следуют Русалка (310,83 um) и Русалка 1 (305,17 urn), а ширина слабо увеличивается от основания к вершине, в наибольшей степени у сортов Неделчев V1-4 (10,7 um) и Болгар (10,1 um).
Исследование по выявлению фертильности и жизнеспособности пыльцевых зерен у бессемянных сортов обнаруживает потенциальные возможности их применения в селекционной работе над комбинациями скрещивания с целью выведения новых сортов и форм элиты винограда. Пыльца является объектом морфологического, цитоэмбриологического, сканинг-электронно-микроскопического и других видов исследований [1-5]. По мнению Okamoto et al. [6], рыльца виноградной лозы содержат некоторые низкомолекулярные, гидрофильные вещества, которые тормозят прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок. Геном пыльцы контролирует, хотя и отчасти, микроспорогенезис, прорастание семян и рост пыльцевых трубок [7].

Выявление жизнеспособности и фертильности пыльцевых зерен у всех бессемянных сортов винограда, выращиваемых в ампелографическом сортименте, осуществлялось в период 2002-2006 гг. в научной лаборатории кафедры виноградарства в Аграрном университете в г. Пловдиве. В исследование было включено 56 бессемянных сортов, два семенных сорта и три гибридных сеянца, различающихся по типу цветка. Пыльца собиралась в период дружного цветения виноградных лоз. Фертильность устанавливалась косвенным путем -при помощи окрашивания ацет-кармином по методу Шардакова, а жизнеспособность – прямо путем проращивания in vitro на предметном стекле, покрытом слоем агар-агара и 20 %-ным раствором сахарозы. В целях более точного определения способности пыльцы к опылению изучались энергия ее прорастания и рост пыльцевых трубок при помощи метода влажной камеры в термостате при температуре 28°С (Терзийски, 1988). Через 4, 8 и 16 часов были зафиксированы проросшие пыльцевые зерна.

В научно-исследовательской и особенно в селекционной работе со всеми культурными растениями часто приходится устанавливать фертильность и жизнеспособность пыльцы. Значения этих двух показателей неодинаковы по годам исследований (табл. 1).

Таблица 1
Фертильность и жизнеспособность пыльцы у испытуемых бессемянных и семенных сортов винограда и гибридных сеянцев с разным типом цветка

Фертильность (в %). по годам

Жизнеспособность (в %). по годам

Бяло дребно без семе

Продолжение таблицы 1

Фертильность (в %), по годам

Жизнеспособность (в %), по годам

Окончание таблицы 1

Фертильность (в %). по годам

Жизнеспособность (в %), по годам

Червено без семе

Арли супериор сидлес

Гибридные сеянцы с разным типом цветка

60. Гибрид III -4

61. Гибрид 11 – 12

Специфика фертильности состоит в том, что она остается значительно высокой у всех сортов. Ее средние значения варьируют от 92,20 % у сорта Рауча Бяла до 99,80 % у сортов Дилайт, Кишмиш молдавский, Кишмиш ранний, Кишмиш Хишрау, Нишава, Коларовец, Гибрид V-6 и Кишмиш Ваткана. Единственно у сорта Султанина муската значение признака фертильности в процентах остается сравнительно низким на протяжении всех лет опыта – в среднем 61,60 %, а также у Кишмиша черного – 66,00 %. У всех сортов после окрашивания ацет-кармином наблюдается особое строение пыльцы. Фертильность высока и у семенных сортов – в среднем 98 % у сорта Болгар и 93,20 % у сорта Чауш. Необходимо отметить, что у сорта Чауш с функционально женским типом цветка пыльцевые зерна окрашиваются в светло-розовый цвет. Гибридные сеянцы характеризуются разным типом цветка: Гибрид 30-2 – обоеполый сеянец, Гибрид Ш-4 – сеянец с функционально женским типом цветка, и Гибрид 11-12 – бессемянный сеянец с функционально женском типом цветка. У растений всех трех групп независимо от типа цветка фертильность пыльцы очень высока – 99,40-99,80 %.
Жизнеспособность пыльцы у всех исследуемых сортов варьирует в более широких пределах по сравнению с их фертильностью – в среднем от 14,20 % у Кишмиша черного до 49,80 % у Русалки 1. Этот показатель еще отчетливее выявляет сортовые отличия по годам исследований и полученные средние значения. У некоторых сортов разница весьма ощутима, но средние значения в большинстве случаев достигают около 30-40 %. Из семенных сортов жизнеспособными являются пыльцевые зерна только у сорта Болгар – в среднем 50,40 %, что превосходит все значения испытуемых бессемянных сортов винограда. У сорта Чауш не наблюдается роста пыльцевых трубок из-за функционально женского типа цветка, и показатель жезнеспоеобности не учитывался. Та же тенденция наблюдается и у гибридных сеянцев, у которых жизнеспособными являются только пыльцевые зерна обоеполого сеянца Гибрид 30-2. У сеянцев с функционально женским типом цветка – семенных и бессемянных – Гибрид II1-4 и Гибрид II-12 отсутствуют жизнеспособные пыльцевые зерна по всем годам исследований (табл.2).
Табл. 2 показывает динамику прорастания пыльцевых зерен и роста пыльцевых трубок у исследуемых бессемянных и семенных сортов винограда. Она является специфической для отдельных сортов и в большинстве случаев плавно повышается с течением времени по ходу содержания в чашках Петри и термостате. Через четыре часа после помещения проб в благоприятные для проращивания условия жизнеспособность пыльцы у сорта Русалка равняется 40,80 % у Коринтско бяло – 23,40 %, у Неделчев VI-4 – 25,20 %, у Султанина -39,40 %, у Русалка 1 – 49,80 %, у Болгар – 50,40 %. Восемь часов спустя жизнеспособность чувствительно повышается, а через 16, при последнем учете, значения этого показателя по сортам следующие: у Русалка – 83,87 %, у Коринтско бяло – 87,50 %, у Неделчев VI-4 -94,12 %, у Султанина – 72,73 %, у Русалка 1 – 86,96 %, у Болгар – 93,10 %. Рост пыльцевых трубок связан с прохождением этапов спермеогенезиса. Их длина, отмечаемая в те же промежутки времени, растет с разной интенсивностью у разных сортов.

Таблица 2
Динамика прорастания пыльцы и роста пыльцевых трубок

При ее первом учете зафиксированы следующие параметры: у Русалка – 97,11 um, у Коринтско бяло – 88,14 um, у Неделчев VI-4 -94,60 um, у Султанина – 98,31 um, у Русалка 1 – 90,44 um, у Болгар – 69,00 um. По последним данным учета длина проросших пыльцевых трубок равняется 310,83 цт у сорта Русалка, 255,00 um у Коринтско бяло, 294,36 um у Неделчев VI-4, 298,18 цт у Султанина, 305,17 um у Русалка 1 и 362,78 um у Болгар. Наивысшей степени жизнеспособности среди бессемянных сортов винограда пыльцевые трубки достигают у сорта Неделчев VI-4, за которым следует семенной сорт Болгар, отличающийся самой большой длиной пыльцевых трубок. Их ширина у всех сортов увеличивается от основания к вершине по часам учета, причем отличия в абсолютных значениях между основанием и серединой менее ощутимы. Средние размеры через 16 часов после посева пробы варьируют в пределах 8,7 um (Русалка, Султанина и Русалка 1) – 10,7 цт (Неделчев VI-4) и 10,1 urn (Болгар). Самыми широкими пыльцевыми трубками обладают сорта Неделчев VI-4 и Болгар.

Выводы

1. Фертильность пыльцевых зерен является специфической и высокой у всех изучаемых бессемянных и семенных сортов винограда и гибридных сеянцев – в среднем 92,20-99,80 %. В фертильных пыльцевых зернах и трубках наблюдаются окрашенные в карминово-красный цвет вегетативные и генеративные ядра, а в стерильных отсутствуют внутриклеточные включения и протоплазма обесцвечена. Жизнеспособность пыльцы у бессемянных сортов характеризуется средними показателями признака 14,20-49,80 %, а ее изменчивость по годам присуща каждому из сортов. Жизнеспособными являются пыльцевые зерна только у семенного сорта Болгар и у гибридного сеянца.
2. Динамика прорастания пыльцы и роста пыльцевых трубок у исследуемых сортов винограда: Русалка, Коринтско бяло, Неделчев VI-4, Султанина, Русалка 1 и Болгар – повышается с четвертого до шестнадцатого часа после посева пробы на питательные среды, больше всего у сорта Неделчев VI-4, Болгар и Коринтско бяло. Длина пыльцевых трубок растет по часам исследований и достигает максимальных значений у сорта Болгар – 362,78 um, за которым следуют Русалка – 310,83 цт и Русалка 1 305,17 цт, а их ширина слабо увеличивается от основания к вершине, причем, ее средняя величина в последний час учета у сорта Неделчев VI14 равняется 10,7 цт, а у Болгар – 10,1 цт.

Источник: Мобилизация и сохранение генетических ресурсов винограда, совершенствование методов селекционного процесса: сборник научных статей / ГНУ Всероссийского НИИ виноградарства и виноделия им. Я.И. Потапенко Россельхозакадемии. – Новочеркасск: Издательство ГНУ ВНИИВиВ им. Я.И. Потапенко, 2008.

Литература:
1. Димитро, П. Зависимости между опрашването и плодоношението и тяхното значение за селекцията на лозата. София. 1948.-203 с.
2. Раси-3аде Г. М. Прорастание пыльцы на рыльце пестика у кишмишных сортов винограда. Ген. и сел. Азербайджане, Баку, 1979.-С.3, 140-141.
3. Ройчев, В. Цитоембриологични и селекционно-генетични изследвания при безсеменнн сортове лози (Vitis vinifera L): дис, Пловдив 1996.- 174 с.
4. Терзийски, Д. Метод за приготвяне на трайни микроскопски препарата за in vitro проучване на развитието на мъжкия гаметофит и спермиогенезата при покрито-семенните растения. ВСИ Научни трудове. т. ХХХШ, кн. 4, Пловдив.-1988.-С.45-48.
5. Якимов, Л. М. Фертильность пыльцы винограда в зависимости от гамма-облучения. Научно-технический прогресс в виноградарстве и виноделии /Л.М.Якимов,Ю.Г.Балан.- Кишинев, 1980.-С.75-77.
6. Okamoto, G. Properties of Pollen Tube Growth Inhibitors Extracted from Grape Pistils / G Okamoto.. I. Shibuya, K. Shimamur,. J. Japan. Soc. Hort-1989.. Sci., 58,2, 523-527.
7. Okamoto, G., I. Shibuya, K. Shimamura,. Gametophytic and sporophytic selection. Plant Breeding: Principles and prospects. Edited by M. D. Hayward, N. O. Bosemark and I. Rpmagosa. Published in 1993 by Chapman & Hal / Okamoto, G., I. Shibuya, K. Shimamura, London,-1993.- 332-351.

Источники:

http://sad-dacha-ogorod.com/vinograd/selekcija_bessemjannyh_sortov_vinograda
http://science-education.ru/ru/article/view?id=16962
http://vinograd.info/stati/stati/fertilnost-i-zhiznesposobnost-pylcevyh-zeren-u-bessemyannyh-i-semennyh-sortov-vinograda-i-gibridnyh-seyancev.html