В.Ф. Палфитов, Н.Е. Козлов, М.А. Молодцов
ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет», г. Мичуринск, Россия
Многие сорта плодовых растений неспособны к самооплодотворению. Высадка на большой площади деревьев одного сорта (одного клона), размноженного вегетативно, часто исключает возможность результативного перекрестного опыления и делает такие сады бесплодными. Однако и между разными сортами возможна несовместимость при опылении, в связи с чем, и разносортный сад может оказаться малоплодным или совсем бесплодным [2]. Чтобы определить какие сорта следует высаживать совместно, необходимо предварительно провести опыты по завязыванию ими плодов, при их взаимном, перекрестном опылении в контролируемых условиях. Затем, применяя генетический анализ, можно выяснить, что явилось причиной несовместимости - генотип пыльцы (гаметофита), или генотип опыляемого растения (спорофита), т.е. пестика. Далее логика экспериментальной генетики приводит к тому, что в пыльце (пыльцевой трубке), а также в тканях столбиков цветков существует субстрат несовместимости. В частности, считается, что субстанцией, участвующей в реакциях распознавания между пыльцевым зерном (пыльцевой трубкой) и тканями пестика являются входящие в их состав глико-протеины (сложные молекулы, составленные из молекул белка и высокомолекулярных углеводов) [4]. Однако каких либо количественных характеристик, позволяющих оценить склонность сортов к совместимости при опылении, еще предложено не было.
Из литературных сведений и наших данных о репродуктивных органах растений следует, что в качестве эндогенных факторов самоплодности и перекрестной совместимости могут быть флавоноиды, т. е. фенольные вещества пыльцы и тканей пестиков их цветков[5,6].
Рис. 1 – Структурная формула флавонолов.
При исследовании завязываемости плодов у яблони нами найдено, что склонность ее сортов к совместимости или несовместимости при опылении связана с количественным содержанием в пыльце сорта опылителя флавонолов (рис.1) и количественным содержанием в пестиках (столбиках) опыляемого сорта полифенола флоризина (рис.2).
Целью данной работы является экспериментально показать, как зависит процент завязываемости плодов, а следовательно совместимость сортов, при перекрестном опылении, а также самоопылении, от содержания флавонолов в пыльце сорта опылителя и содержания флоризина в пестиках цветков опыляемого сорта яблони. При этом сопоставляется тормозящее влияние флоризина, входящего в состав питательной среды, на прорастание пыльцы яблони, со сдерживающим действием флоризина пестиков на процесс завязывания плодов.
Исследования проводились в 2009 и 2010 годах. Объектами исследования являлись цветки сортов яблони: Зеленый май, Мартовское, Лобо, Спартан, Орлик, Синап орловский, совместно произрастающие в саду ВНИИГиСПР им. И. В. Мичурина (ЦГЛ), заложенном в 2001г, на среднерослом клоновом подвое 54-118. В исследовании использовалась также пыльца сорта Бессемянка мичуринская, произрастающего в другом саду ЦГЛ.
Отбор цветков и подготовка пыльцы, полевые опыты по принудительному опылению проводились по методикам принятым в селекционной практике [7]. Количественное определение флавоноидов: флавонолов (рис. 1) в пыльце и халкона – флоризина (рис. 2) в пестиках, проводили по методикам, разработанным авторами и ранее опубликованным [3,5]. На основании фитохимических исследований было установлено, что флавонолы являются обязательным компонентом пыльцы цветковых растений [8]. При этом есть основания считать, что в пыльце яблони в большей мере содержится изорамнетин [1]. Но в связи с недоступностью приобретения препарата чистого изорамнетина, чтобы приготовить стандартный раствор для фотометрии, мы использовали методику определения флавонолов в пыльце яблони по рутину [3]. Проращивание пыльцы в условиях in vitro проводили по методике [7].
В таблице 1 и рисунках 3 и 4 представлены результаты проращивания пыльцы.
Таблица 1 - Прорастаемость пыльцевых зерен in vitro в зависимости от концентрации флоризина в питательной среде (2009, 2010 гг.)
|
|
|
|
Концентрация флоризина в питательной среде % |
Контроль |
||||||||
|
и % флавонолов в их пыльце |
0,01 |
0,001 |
0,0001 |
0,00001 |
без флоризина |
|||||||
|
% проросших пыльцевых зерен в питательной среде |
||||||||||||
|
Год опыта |
2009 |
2010 |
2009 |
2010 |
2009 |
2010 |
2009 |
2010 |
2009 |
2010 |
2009 |
2010 |
|
Зеленый май |
--- |
3 |
--- |
0 |
--- |
0 |
--- |
5 |
--- |
9 |
--- |
13 |
|
Мартовское |
3 |
4 |
0 |
0 |
2 |
4 |
12 |
15 |
28 |
20 |
31 |
27 |
|
Лобо |
7 |
8 |
3 |
7 |
6 |
13 |
16 |
19 |
26 |
23 |
42 |
55 |
|
Спартан |
9 |
9 |
5 |
7 |
9 |
14 |
22 |
17 |
31 |
29 |
49 |
86 |
|
Орлик |
2 |
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
9 |
12 |
16 |
19 |
|
Синап орл. |
1 |
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5 |
|
Бессемянка мич. |
--- |
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
4 |
8 |
11 |
10 |
19 |
10 |
Из данных табл. 1 (контроль) и рис. 3 видно, что прорастаемость пыльцевых зерен яблони на искусственной питательной среде (раствор 15% сахарозы) прямо пропорциональна содержанию в ней флавонолов. Этот факт позволяет считать, что флавонолы являются стимуляторами прорастания пыльцевых зерен яблони.
На рис. 4, выполненным по данным табл.1 за 2010, представлены результаты проращивания пыльцы тех же сортов яблони на искусственной питательной среде с добавлением флоризина.
Рис.3 - Зависимость процента прорастания пыльцевых зерен сортов яблони от содержания в пыльце флавонолов (2010 г.).
Рис. 4 - Влияние флоризина в питательной среде на прорастание пыльцевых зерен.
Из них следует, что флоризин является сильным ингибитором прорастания пыльцевых зерен. Добавление в питательную среду всего Ю-5 % флоризина снижает прорастаемость пыльцевых зерен по сравнению с контролем в 1,5 - 3,0 раза. Если же флоризина содержится в питательной среде IQ-З %, то пыльца большинства сортов яблони, особенно содержащая мало флавонолов (2 - 4%), вообще не прорастает. Заметно здесь также и то, что пыльца сортов, содержащая флавонолов 8 - 9%, хоть и уменьшает про-растание с увеличением концентрации флоризина от 1 и до 1 и %, все же при всех концентрациях флоризина проявляет наибольшее прорастание. Это наблюдение указывает на то, что содержащиеся в пыльце яблони флавонолы являются активаторами прорастания пыльцевых зерен и в присутствии флоризина, ингибитора их прорастания. Помимо увеличения числа не проросших пыльцевых зерен, у проросших пыльцевые трубки от присутствия флоризина в питательной среде, являются более короткими по сравнению с контролем.
Установленный здесь факт ингибирующего влияния флоризина и стимулирующего влияния флавонолов на прорастание пыльцы яблони имеет важное значение для объяснения причин различной завязываемости плодов сортами яблони под влиянием разных сортов опылителей.
В таблице 2 и 3 представлены данные по завязыванию плодов сортами яблони после их принудительного опыления пыльцой каждого из этих же сортов, проведенного в 2009 и 2010 годах.
Таблица 2 - Процент завязываемости плодов разными сортами яблони после принудительного опыления (2009 г.)
|
Сорта опылители |
Опыляемые сорта |
|||||
|
Названия сортов и % флавонолов в их пыльце |
Названия сортов и % флоризина в основании столбиков |
|||||
|
Мартовское |
Лобо |
Спартан |
Орлик |
Синап орл. |
||
|
19 |
13 |
12 |
23 |
25 |
||
|
|
|
% завязываемости плодов |
||||
|
Мартовское |
3 7 9 2 1 |
2 |
8 |
13 |
6 |
7 |
|
Лобо |
12 |
4 |
16 |
18 |
29 |
|
|
Спартан |
19 |
20 |
2 |
23 |
25 |
|
|
Орлик |
0 |
4 |
3 |
0 |
0 |
|
|
Синап орл. |
3 |
1 |
2 |
3 |
0 |
|
Таблица 3 - Процент завязываемости плодов разными сортами яблони после принудительного опыления (2010 г.)
|
Сорта опылители |
Опыляемые сорта |
||||||
|
Названия сортов и % флавонолов в их пыльце |
Названия сортов и % флоризина в основании столбиков |
||||||
|
Зеленый май |
Мартовское |
Лобо |
Спартан |
Орлик |
Синап орл. |
||
|
20 |
18 |
13 |
11 |
25 |
28 |
||
|
% завязываемости плодов |
|||||||
|
Зеленый май |
3 |
1 |
2 |
7 |
9 |
5 |
2 |
|
Мартовское |
4 |
7 |
2 |
13 |
15 |
6 |
3 |
|
Лобо |
8 |
14 |
17 |
10 |
31 |
23 |
14 |
|
Спартан |
9 |
17 |
18 |
28 |
11 |
18 |
16 |
|
Орлик |
3 |
4 |
5 |
10 |
12 |
1 |
2 |
|
Синап орл. |
2 |
2 |
2 |
6 |
10 |
4 |
0 |
|
Бессемянка мич. |
2 |
3 |
3 |
4 |
10 |
6 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из таблиц 2 и 3 следует, что больший процент завязываемости плодов наблюдается в тех вариантах, в которых пестики (основания столбиков) опыляемого сорта имеют меньшее содержание флоризина (11 - 13% масс), а сорта опылители превосходят другие по содержанию флавонолов в пыльце (7 - 9% масс).
Рис. 5 – Зависмость завязывания плодов сортами яблони от содержания флавонолов в пыльце сорта опылителя при перекрестном опылении.
В вариантах самоопыления, когда сорт опыляется пыльцой этого же сорта, наибольшую склонность к самоплодности проявляют также сорта, содержащие в основании столбиков флоризина 11– 13% (наименьшее из исследуемых сортов), а флавонолов в пыльце 7 – 9%, наибольшее среди этих же сортов. Проценты завязываемости плодов по вариантам самоопыления в табл. 2 и 3 выделены жирным шрифтом.
Если данные таблиц 2 и 3 представить графически, то можно видеть, что процент завязываемости плодов как при перекрестном опылении (рис. 5), так и при самоопылении (рис. 6), увеличивается прямо пропорционально увеличению содержания флавоно-лов в пыльце сортов опылителей и уменьшается обратно пропорционально содержанию флоризина в основании столбиков (рис.7).
Рис. 6 – Зависимость процента завязывания плодов сортами яблони от содержания флавонолов в пыльце при самоопылении
Рис. 7 – Зависимость процента завязывания плодов сортами яблони от содержания флоризина в пестиках при самоопылении.
Известно, что основным видом несовместимости при опылении у плодовых культур, является нарушение прогамной фазы полового процесса, т.е. недоростание пыльцевых трубок в пестиках до завязей [2]. Данное исследование позволяет заключить, что у яблони причиной недорастания пыльцевых трубок до завязей является высокое содержание флоризина в столбиках пестиков опыляемого сорта и низкое содержание флавонолов в пыльце сорта опылителя.
Путем лабораторных анализов элементов генеративной сферы (пыльцы и столбиков цветков) можно оценить склонность сортов яблони как к самоплодности, так и к перекрестной совместимости при опылении. На этом основании могут быть разработаны конкретные рекомендации для формирования садовых насаждениях из разных сортов яблони, для интенсивного производства плодов.
Литература
1. Голубинский И.Н. Биология прорастания пыльцы. / И. Н. Голубинский. - Киев: Наукова Думка, 1974.-368 с.
2. Кобель Ф. Научные основы плодоводства. / Ф. Кобель. М. –Л.: ОГИЗ., 1934. 340с.
3. Козлов Н.Е. Количественное определение флавонолов в пыльце яблони/ Козлов Н.Е. Ермачкова Т.В. // Материалы 61-ой научно-практической конференции студентов и аспирантов, II часть. – Мичуринск, 2009, с. 73
4. Малецкий С.И. Гены самонесовместимости // Соросовский образовательный журнал №12, – Новосибирск, 1996, с. 19-25
5. Палфитов В.Ф. Диагностика самоплодности и силы роста яблони / В.Ф. Палфитов.: научное издание. – Мичуринск, 2003. – 198с.
6.Сарапуу Л.П. Физиологическая роль и метаболизм флоризина в яблоне. Докторская дис. / Л.П. Сарапуу// Тарту. 1971. – 282 с.
7. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур – Мичуринск.: ВНИИС им. И.В. Мичурина, 1980 – 532 с.
8. Wiermann, R. Untesuchungen zum Phenylpropan – stoffwechsel des Pollens I. Ubersicht uber dei bei Gymnospermen and Angiosperm. – Ber. Dtsch. Bot. Ges., 1986. – Bd. 81. s. 3-16.
Источник - ВЕСТНИК МИЧУРИНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА, научно-производственный журнал, 2010, № 2, Печатная версия.