Оценка фертильности пыльцы гибридов подсолнечника методом сплитопыления

Введение . Показатели потенциальной и реальной семенной продуктивности сельскохозяйственных растений тесно связаны с качеством пыльцы. В научной литературе к качеству пыльцевых зёрен широко применяют такие термины, как «жизнеспособность», «фертильность» и «пыльцевые зёрна нормальной морфологии» [1; 2; 3].

К фертильным относят зрелые пыльцевые зёрна, без морфологических аномалий и способные к оплодотворению. Определяют фертильность методами окрашивания: ацетокарминовым, ацето-орсеиновым, йодным и др. [1; 2].

К жизнеспособным относят фертильные пыльцевые зёрна, способные к формированию пыльцевых трубок. Жизнеспособность пыльцы чаще всего определяют методом проращивания пыльцевых зёрен на искусственной питательной среде, включая раствор сахарозы с добавлением агар-агара [2].

Пыльцу подсолнечника однолетнего (Helianthus annuus L.) сложно культивировать in vitro. На простых средах отмечен плохой рост пыльцевой трубки. Однако Murthy et al. сообщают о питательной среде для подсолнечника, в которой отмечено интенсивное прорастание пыльцы до 91,5 % [4]. Авторами Atlagic et al. предложен метод флуоресцентной микроскопии, адаптированный для пыльцы подсолнечника. С помощью данного ме- тода можно отслеживать прорастание пыльцевых зёрен на рыльце и рост пыльцевой трубки через пестик к яйцеклетке [5].

Пыльцевые зёрна считают проросшими если пыльцевая трубка равна или больше диаметра пыльцевого зерна. Процент проросших пыльцевых зёрен определяют как количество проросших к общему числу пыльцевых зёрен умноженному на 100 [6].

Процент жизнеспособных пыльцевых зёрен зависит от генотипа и факторов окружающей среды [7]. Высокая температура во время цветения подсолнечника может замедлять рост пыльцевой трубки [8]. Жизнеспособность пыльцы снижает экстракт полыни при добавлении его в питательную среду, поэтому такой экстракт возможно использовать для обработки агрономически нежелательных растений дикорастущего подсолнечника во время цветения для образования пыльцы с низкой жизнеспособностью [9].

Для гибрида подсолнечника Окси с наследственно изменённым качеством масла в семенах отмечена значительная морфологическая гетерогенность пыльцы, которая выражалась в высокой доле аномальных пыльцевых зёрен (до 26 %), что предположительно может снижать фертильность пыльцы [10]. Поэтому нами была поставлена задача изучить влияние пыльцы этого гибрида на реальную семенную продуктивность и завязывае-мость семянок у растений ЦМС-тестера как финальные показатели качества пыльцы.

Материалы и методы . Исследования проводили в 2019 и 2021 гг. на ЦЭБ ВНИИМК, г. Краснодар. Объектом исследования были растения культурного подсолнечника Helianthus annuus L.: гибриды Окси и НК Брио как отцовская форма, а также стерильный гибрид Кубанский 93 и линия ВК1-клп А как материнская форма, т.е. ЦМС-тестер.

Гибрид подсолнечника НК Брио был выбран в качестве стандарта высокой репродуктивной способности [10].

В 2019 г. растения гибридов выращивали на четырёхрядных делянках при схеме посева 70 х 23 см (60 тыс. шт./га) на селекционном поле в посеве конкурсного сортоиспытания лаборатории селекции гибридного подсолнечника. Растения стерильного гибрида Кубанский 93 выращивали на двурядковой делянке, при схеме посева 70 х 35 см (40 тыс. шт./га) в полевом питомнике этой лаборатории.

В 2021 г. растения гибридов Окси и НК Брио выращивали на однорядковых делянках, а растения стерильной линии ВК1-клп А - на двурядковой делянке, при схеме посева 70 х 35 см на селекционном поле лаборатории генетики.

Для прямого метода определения фертильности (оплодотворяющей способности) пыльцы, приводящей к развитию семян, на разделённые вертикально пополам изолированные корзинки ЦМС-гиб-рида Кубанский 93 (2019 г., 9 растений) и ЦМС-линии ВК1-клп (2021 г., 8 растений), начиная с четвёртого дня цветения корзинки, в течение трёх дней подряд наносили пыльцу разных генотипов. При этом для принудительного опыления использовали смесь собранной пыльцы с пяти корзинок каждой отцовской формы, предварительно изолированных индивидуальными изоляторами из агроспанбон-да. На левую часть отдельной корзинки наносили пыльцу гибрида Окси, а на правую - гибрида НК Брио, т.е. использовали метод раздельного или сплит-опыления.

После созревания корзинок их срезали и в лабораторных условиях обмолачивали индивидуально каждую половину. Завя-зываемость семянок определяли как отношение количества выполненных семянок в изучаемой половине корзинки к общему числу семянок в этой половине корзинки, т.е. сумме выполненных и невыполненных.

Результаты и обсуждение. Опыление разной пыльцой двух половин нормально цветущей отдельной корзинки ЦМС-тестера позволяет провести максимально точное сравнение качества пыльцы двух генотипов с учётом принципа единственного различия в монофакториальном опыте. А именно: в левой и правой вертикально разделённых половинах находит- ся: одинаковое число опыляемых трубчатых цветков, одинаковые трофические возможности цветоложа в снабжении питательными веществами и одинаковые условия микроклимата под одним изолятором (рис. а, б). Следовательно, создаются все условия для реализации именно различий по качеству наносимой пыльцы, которое в случае одинаковых условий при сборе пыльцы с растений-опылителей будет носить очевидно генотипический характер.

В случае использования целых корзинок ЦМС-тестера для сравниваемых образцов пыльцы и получения сопоставимых результатов потребуется большее количество опыляемых корзинок в каждом варианте эксперимента для устранения влияния потенциальных модификационных различий.

а

б

Рисунок - Сплит-опыление корзинки линии ВК1-клп А ( а - цветение , б - созревание).

А - зона нанесения пыльцы гибрида Окси; Б - гибрида НК Брио

Количество выполненных семянок на корзинках ЦМС-тестера при опылении пыльцой гибрида Окси было достоверно и значительно меньше, чем у стандартного гибрида НК Брио в каждом году испытаний (табл. 1). В среднем за два года наблюдали уменьшение реальной семенной продуктивности у гибрида Окси – в 1,97 раза по отношению к гибриду НК Брио (190 против 374 шт. на половину корзинки). Развитие большего числа семянок к технической спелости приводило к прогрессивному разрастанию правой части корзинки, опылённой пыльцой гибрида НК Брио (рис., б).

Таблица 1

Семенная продуктивность у корзинок

ЦМС-тестера при сплит-опылении пыльцой гибридов подсолнечника г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК, 2019, 2021 гг.

Генотип	Количество выполненных семянок в половине корзинки, шт.		Среднее за 2 года, шт.
	2019 г.	2021 г.
Окси	316	63	190
НК Брио	523	224	374
НСР 05	35	81

Аналогичная закономерность отмечена также по завязываемости семянок (табл. 2). На корзинках ЦМС-тестера в среднем за два года пыльца гибрида Окси показала достоверное и значительное снижение завязываемости семянок по отношению к стандарту – в 2,24 раза (33 и 74 %, соответственно).

Таблица 2

Завязываемость семянок у корзинок ЦМС-тестера при сплит-опылении пыльцой гибридов подсолнечника г. Краснодар, ЦЭБ ВНИИМК, 2019, 2021 гг.

Генотип	Завязываемость семянок, %		Среднее за 2 года, %
	2019 г.	2021 г.
Окси	44	22	33
НК Брио	69	78	74
НСР 05	12	10

Таким образом, полученные нами ранее результаты о наличии у пыльцы гибрида подсолнечника Окси морфологических аномалий [10] очевидно согласу- ются с установленными в данной работе фактами сниженной семенной продуктивности и завязываемости семянок при оценке качества пыльцы этого гибрида в скрещивании с ЦМС-тестером.

Остаётся открытым вопрос о том, на каких этапах происходит негативное воздействие генетических факторов репродуктивной функции пыльцы гибрида Окси: пре- или пост-зиготическом.

Выводы. Количество выполненных семянок в корзинках ЦМС-тестера при опылении пыльцой гибрида Окси было значительно меньше, чем у стандартного гибрида НК Брио. В среднем за два года наблюдали уменьшение реальной семенной продуктивности у гибрида Окси – в 1,97 раза по отношению к гибриду НК Брио. Развитие большего числа семянок к технической спелости приводило к прогрессивному разрастанию части корзинки, опылённой пыльцой гибрида НК Брио. Аналогичная закономерность отмечена также по завязываемости семянок. На корзинках ЦМС-тестера в среднем за два года при опылении пыльцой гибрида Окси наблюдалось значительное снижение завязываемости семянок по отношению к стандарту – в 2,24 раза.