Эмбриологические исследования многолетних пшениц М 2 и М 3

« Октябрь 2017 »
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
	1
2	3	4	5	6	7	8
9	10	11	12	13	14	15
16	17	18	19	20	21	22
23	24	25	26	27	28	29
30	31

31.03.2014 | Автор: Serxio

Многолетние пшеницы M 2 и M 3 и их родительские формы (яровая пшеница 'Лютесценс 62' и пырей сизый) были подвергнуты тщательному цитоэмбриологическому исследованию. Материал для этого (корешки, тычинки и завязи) был зафиксирован, причем наиболее хорошие результаты дали фиксаторы Навашина и Карнуа.
Для фиксации брали цветки с самого начала их развития до полного созревания зерновки. Для исследования прорастания пыльцы на рыльце, роста пыльцевых трубок, процесса оплодотворения, развития зародыша и эндосперма производились фиксация по срокам и исследование материала через 1—6, 12—24, 48 ч, через 3, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30 и 35 дней после самоопыления и перекрестного опыления при изоляции и искусственном опылении, а также при свободном цветении, причем для искусственного опыления использовалась как свежесобранная, так и пыльца» хранившаяся в лаборатории в течение различного времени.
Зафиксированный материал исследовали на постоянных препаратах с использованием парафиновой заливки и на ацетокарминовых препаратах. Ускоренным методом исследовали только развитие пыльцы, прорастание ее на рыльцах и на искусственной среде. Парафинированный материал резали на микротоме: корешки толщиной 16—18 мкм, тычинки и завязи — 18—20 мкм. Микротомные срезы окрашивали железным гематоксилином Гейденгайна, либо гематоксилином Делафильда с подкрашиванием эозином. Непостоянные препараты окрашивали кармином и просветляли хлоралгидратом или глицерином.
Как показали наши исследования, многолетние пшеницы M 2 и M 3 имеют по 56 хромосом (рис. 44). Хромосомы этих форм пшенично-пырейных гибридов весьма сходны с хромосомами мягкой пшеницы и пырея: как и у последних, здесь имеется некоторое количество более или менее длинных равноплечих и неравноплечих хромосом, среди последних две пары имеют крупные придатки. Ввиду значительной длины хромосом и большого числа их у пшенично-пырейных гибридов они обычно плохо располагаются в пластинках, что, впрочем, характерно и для многохромосомного вида мягкой пшеницы и пырея.

Эмбриологические исследования многолетних пшениц М 2 и М 3

При изучении развития пыльцы у исследовавшихся форм многолетней пшеницы установлено, что, наряду с нормальным течением мейоза, наблюдается и ненормальное его течение, следствием чего является частичная стерильность пыльцы. Однако нарушение правильности течения мейоза не столь значительно, если принять во внимание, что многолетняя пшеница является продуктом скрещивания довольно далеких друг от друга родов. И наоборот, для такого отдаленного гибрида, как многолетняя пшеница, поразительным является ее относительно высокие фертильность и константность.
Нарушение нормального течения мейоза при образовании пыльцы у многолетней пшеницы, как и у других гибридов, выражается в образовании унивалентов, в неправильном и неодновременном расхождении их хромосом к полюсам, в образовании микронуклеусов, многоядерных клеток и полиад, что приводит к частичной дегенерации пыльцы, а следовательно, и к понижению фертильности.

Рис. 45 и 46 иллюстрируют нормальное и ненормальное течение I и II делений мейоза при образовании пыльцы у многолетней пшеницы M 2, приводящих к образованию полиад и микронуклеусов. У многолетней пшеницы M 2, которая наиболее детально исследовалась нами, течение мейоза при образовании пыльцы характеризуется большим разнообразием. В тесной связи с характером течения мейоза находится фертильность пыльцы гибридов. Наряду с хорошо выполненной, трехъядерной пыльцой здесь встречаются недоразвитые одно- и двухъядерные пылинки, а также пустые, сморщенные пылинки, которые весьма разнообразны по размерам: наряду с крупными имеются карликовые пылинки и пылинки промежуточных размеров. Однако количество хорошо выполненных пылинок нередко бывает довольно значительно (80—90%). На рис. 47 изображена морфологически неоднородная пыльца из одного и того же пыльника многолетней пшеницы M 2. У исследованных сортов мягкой пшеницы п обоих видов пырея мейоз при образовании пыльцы протекает нормально, без каких-либо отклонений, поэтому пыльца их морфологически однородна и вполне фертильна.

У пшенично-пырейных гибридов, как и у других злаков, в том числе у мягкой пшеницы и пырея, тип образования пыльцы трехъядерный, так как спермин здесь возникают в пылинке. Пo строению нормальных пылинок исследованные формы пшенично-пырейных гибридов больше напоминают пшеницу, чем пырей: пылинки гибридов, как и пылинки пшеницы, округлой формы, с узкими, длинными спермиями. В процессе спермиогенеза исследованных нами форм пшенично-пырейных гибридов, а также мягкой пшеницы и пырея ядра спермия постепенно удлиняются. Пылинки пырея, особенно A. elongatum, отличаются от пылинок пшеницы и пылинок пшенично-пырейных гибридов несколько меньшими размерами, слегка эллиптической формой и более крупными и массивными спермиями. Что касается вопроса о жизнеспособности пыльцы во времени, то такое исследование нами было проведено с пыльцой многолетней пшеницы.

Известно, что пыльца большинства злаков сохраняет свою жизнеспособность не более одного — трех дней. Как показали наши опыты, жизнеспособность пыльцы всех исследованных нами форм многолетней пшеницы крайне непродолжительна: при хранении пыльцы в пробирках с корковой пробкой при комнатной температуре она сохраняется не более 4 ч. Исследование жизнеспособности пыльцы и способов ее хранения у форм многолетней: пшеницы производилось методом проращивания пыльцы на рыльцах, так как поставленные нами опыты с проращиванием пыльцы многолетней и однолетней пшеницы на искусственной среде окончились неудачей. В то время как пыльца пырея сизого и пырея удлиненного не позднее чем через час после посева хорошо прорастала на искусственной среде, состоящей из 1%-ного агар-агара и 30—40% сахара, пыльца как многолетней, так и однолетней пшеницы не прорастала ни на этой, ни на какой-либо другой среде.
Рыльца многолетней пшеницы, опыленные пыльцой, хранившейся в лаборатории более или менее продолжительное время (от часа до трех дней), исследовали ускоренным методом микроскопического анализа на препаратах с ацетокармином в смеси с глицерином (в равных частях). При этом только в первых четырех пробах, в которых брались рыльца, опыленные пыльцой; хранившейся 1, 2, 3 и 4 ч, было обнаружено прорастание пыльцы.
Одновременно с исследованием мейоза при образовании пыльцы у многолетних пшенично-пырейных гибридов, а также у мягкой пшеницы некоторых разновидностей и пырея некоторых видов нами исследовался мейоз при образовании макроспор. Как и у всех злаков, мейоз у однолетней пшеницы и у пырея при образовании макроспор протекал обычным способом, в результате возникла правильная тетрада макроспор, из нижней клетки которой образовался зародышевый мешок. Что же касается исследования мейоза при макроспорогенезе у многолетней пшеницы, то нами обнаружено, что у каждой из исследованных форм течение его частично нарушено, как и при образовании пыльцы.
Неправильности течения мейоза при образовании макроспор у многолетней пшеницы, как и у других гибридов, выражаются в образовании унивалентов, в неправильном и неравномерном расхождении хромосом к полюсам, в образовании микронуклеусов, в нарушении нормальных поляризаций и дифференциации зародышевого мешка. В других случаях мейоз при образовании макроспор у многолетней пшеницы протекает обычно (рис. 48).

При возникновении зародышевый мешок многолетних форм пшенично-пырейных гибридов, как у пшеницы и пырея, является восьмиядерным, с тремя одноядерными клетками антипод. Ho вскоре, по мере дальнейшего развития зародышевого мешка, число ядер и клеток антипод в нем увеличивается, образуется многоклеточный антиподиальный аппарат, причем клетки и ядра антипод увеличиваются в размерах (рис. 49). Такое поведение антипод характерно не только для пшениц и пырея — ближайших родичей исследовавшихся нами гибридов, но и для других представителей семейства злаков. Следовательно, образование многоклеточного комплекса антипод является систематическим признаком, характерным для всего семейства.

Наряду с исследованием развития и строения пыльцы и зародышевого мешка у многолетних форм пшенично-пырейных гибридов, а также у пшеницы и пырея исследовали развитие их зародыша и эндосперма по указанным выше срокам.
В отношении характера опыления подтверждаются наши прежние данные о том, что многолетняя пшеница может быть как самоопыляющейся, так и перекрестноопыляемой, причем отдельные ее формы одновременно являются само- и перекрестно-опыляемыми.
Пыльца у многолетней пшеницы M 2 в благоприятных условиях начинает прорастать на рыльце не позднее чем через час после опыления (рис. 50). Через несколько часов после опыления пыльцевые трубки проникают в зародышевой мешок, после чего вскоре наступает оплодотворение.

У различных сортов пшеницы, по нашим наблюдениям, через день после опыления были обнаружены двухклеточные зародыши и несколько ядер эндосперма, через 3—4 дня — многоклеточные зародыши и эндосперм, через 7 дней в зародыше намечалось образование семядоли и точки роста стебля, через 10—15 дней в зародыше были обнаружены зачатки всех частей, типичных для зародыша злаков; колеоптиле — влагалищного листа, почечки первых листочков; эпибласта — зачаточной семядоли (по предположению некоторых исследователей), корешка с чехликом; колеоризы — пленчатого влагалища вокруг корешка; щитка — семядоли. Через 20—25 дней обнаружен вполне дифференцированный, типичный для злаков зародыш с хорошо развитыми частями (рис. 51). Таким же образом протекает развитие зародыша и эндосперма у других злаков.

У многолетней пшеницы M 2 через день после опыления были обнаружены первое деление яйцеклетки и двухъядерный эндосперм, через 3—5 дней — многоклеточные зародыши и эндосперм. Спустя 7 дней зародыш, хотя и достигал значительной величины, но дифференциация в нем не намечалась; через 10 дней в зародыше были обнаружены зачаток семядоли и точки роста стебля, а через 15—20 дней — все остальные части: колеоптиле, почечка, эпибласт, корешок с чехликом и колеориза. По истечении 25 дней был обнаружен вполне дифференцированный зародыш (рис. 52).

У обоих исследованных нами видов пырея (A. glaucum и A. elongatum) образование двухклеточного зародыша и нескольких ядер эндосперма было обнаружено через 3 дня после опыления; через 5—7 дней после опыления были обнаружены многоклеточные зародыши и эндосперм; через 10—15 дней в зародыше слегка наметилось образование семядоли и точки роста стебля;через 20 дней, наряду с семядолей и точкой роста стебля, в зародыше намечаются колеоптиле, почечка, эпибласт и колеориза; через 25 дней, кроме упомянутых выше частей, был обнаружен зачаток корня с чехликом, а через 30 дней — вполне дифференцированный зародыш с хорошо развитыми семядолями, колеоптиле, почечкой, эпибластом, корешком с чехликом и колеоризой (рис. 53). Зерновки и зародыши исследованных нами многолетних форм пшенично-пырейных гибридов, как и мягкой пшеницы некоторых разновидностей, были значительно крупнее (см. рис. 51—53). Зерновки пырея отличаются от зерновок однолетней и многолетней пшеницы не только величиной, но и формой: они более узкие и удлиненные.

Из сопоставления развития зародыша и эндосперма однолетней и многолетней пшеницы и некоторых видов пырея с развитием зародыша и эндосперма других злаков (ржи, овса, кукурузы, ячменя и т. д.) видно, что тип развития и строения зародыша и эндосперма при разных темпах развития и варьирования в деталях, в общем, сходен для всего семейства. Все исследованные представители семейства злаков имеют ядерный тип эндосперма и характерное строение зрелого зародыша с наличием одной семядоли — щитка, точки роста стебля, закладывающейся сбоку от него, колеоптиле, почечки, колеоризы и в большинстве случаев эпибласта.
У многолетней пшеницы наряду с нарушением правильности течения мейоза при образовании пыльцы и зародышевого мешка иногда наблюдается отсутствие процесса оплодотворения, замедленное развитие и частичная дегенерация зародыша, а также эндосперма на разных фазах развития. При замедленном темпе развития зародыша и эндосперма у многолетней пшеницы образование двухклеточного зародыша и двухъядерного эндосперма было обнаружено через 3 дня после опыления, через 5—7 и 10 дней были обнаружены такие многоклеточные зародыши и эндосперм, какими они обычно бывают через 3—5 дней после опыления у однолетней пшеницы. Начало дифференциации зародышей обнаружено не через 7—10—15 дней, а только через 15—25 дней после опыления. Наблюдались случаи, когда при замедленном темпе развития зародыши и эндосперм через 30—35 дней после опыления оставались недоразвитыми, такими, как они обычно выглядят через 10—15 дней после опыления, и иногда начавшие дифференцироваться зародыш и эндосперм дегенерировали.
Отмеченное у многолетних пшениц M 2 и M 3 частичное нарушение правильности течения мейоза при образовании пыльцы и зародышевого мешка, частичное недоразвитие и дегенерация зародышей и эндосперма и даже отсутствие последних из-за выпадения оплодотворения являются причиной того, что многолетняя пшеница обнаруживает частичную стерильность, которая обусловливается ее гибридной природой.
С целью выяснения пониженной плодовитости у M 2 было проведено также специальное исследование развития у нее зародышевого мешка по отдельным фазам. Главное внимание обращали на выявление правильности прохождения каждой фазы цикла развития половых клеток и выявление числа цветков в колосе, не имеющих нормально развитого зародышевого мешка перед опылением, а также устанавливали, в какую фазу развития растении происходит их гибель.
В табл. 27 приведена характеристика завязей многолетней пшеницы M 2 по отдельным фазам развития зародышевого мешка на второй год плодоношения растений.

Из приведенных данных ясно видно, что процесс развития женских половых клеток многолетней пшеницы M 2 протекает без больших нарушений. В колосе накануне опыления до 80% завязей имели нормально развитый по внешнему виду зародышевый мешок, готовый к оплодотворению и развитию семени. Число цветков в колосе, имеющих нормально организованный зародышевый мешок, у многолетней пшеницы M 2 довольно устойчиво сохраняется в разные годы возделывания, а также в первый и второй год плодоношения.

Рубрика: Многолетняя пшеница

Все о зерне

Эмбриологические исследования многолетних пшениц М 2 и М 3