Перспективные скрещивания видов в роде Crataegus L. (Rosaceae)

Перспективные скрещивания видов в роде Crataegus L. (Rosaceae)

Автор: Яндовка Л.Ф., Козлова А.А., Фирсов Г.А., Старицын М.В.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Улучшение сортов растений

Статья в выпуске: 3 т.59, 2024 года.

Бесплатный доступ

Боярышник - уникальное растение, использующееся человеком в пищу и как лекарственное сырье. В разных регионах России создаются формы боярышника, адаптированные к местным условиям и дающие хороший урожай. Новые формы получают посредством гибридизации, поэтому актуально выявление видов, наиболее пригодных для межвидовой гибридизации с целью улучшения признаков и адаптивности растений. В настоящей работе в условиях Ботанического сада Петра Великого (г. Санкт-Петербург) впервые были установлены 13 наиболее удачных межвидовых скрещиваний в роде Crataegus , определены универсальные опылители - C. maximowiczii , C. caucasica , изучены фертильность и жизнеспособность пыльцы исследуемых видов. Нашей целью было выявление наиболее перспективных скрещиваний между представителями рода Crataegus в условиях г. Санкт-Петербург, при которых образуется максимальное количество полноценных плодов и семян, а также оценка морфологической сформированности пыльцы и ее способности к росту посредством проращивания на искусственной питательной среде. Объектами исследования были растения видов Crataegus Tourn. ex L. из коллекции открытого грунта Ботанического сада Петра Великого Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН (г. Санкт-Петербург): североамериканские виды C. horrida Medik., C. prunifolia (Lam.) Pers., C. macracantha Lodd., C. submollis Sarg., дальневосточные виды C. maximowiczii C.K. Schneid., C. chlorosarca Maxim., C. chlorosarca Maxim. var. atrocarpa (E. Wolf) Cinovskis, C. pinnatifida Bunge, европейско-азиатские виды C. monogyna Jacq., C. lasiocarpa Lange, C. chlorocarpa Lenne et C. Koch., C. media Becht. Rosa Flore Plena и среднеазиатские виды C. almaatensis Pojark., C. caucasica C. Koch. Морфологию пыльцевых зерен изучали на растровом электронном микроскопе Tescan Vega 2 («Tescan», Чехия) в режиме низкого вакуума при давлении в камере 15 Па и ускоряющем напряжении 15 кВ. Фертильность пыльцы оценивали окрашиванием ацетокармином. Жизнеспособность пыльцы определяли проращиванием на искусственной питательной среде (агар-агар - 0,8 г, сахароза - 15 г, борная кислота - 0,003 г, растворенные в 100 мл дистиллированной воды). Для выяснения способности к гибридизации использовали принудительное опыление по типу ксеногамии. Чтобы установить оптимальные межвидовые скрещивания, также применили принудительное опыление. Цветки кастрировали на стадии белых бутонов. После кастрации и опыления цветков побег покрывали марлевым мешочком. Число побегов, отводимых для каждого варианта скрещивания, было не менее 10. Результативность скрещивания оценивали по числу цветков и плодов. Наряду с нормальной формой пыльцевых зерен у каждого вида были выявлены нарушения их морфологической структуры. Наибольшее количество деформированной пыльцы было у C. horrida (~ 30 %), наименьшее - у C. almaatensis (4,5 %). Пыльца разных видов боярышника хорошо окрашивалась ацетокармином, что свидетельствовало о ее морфологической сформированности (от 63,3 % у C. lasiocarpa до 92,6 % у C. almaatensis . Несмотря на это, часть пыльцы (51,7-90,6 %) не прорастала на искусственной питательной среде. Пыльцы, прорастающей длинными или средней длины пыльцевыми трубками (наиболее пригодной для гибридизации), больше всего оказалось у C. prunifolia (28,3 %), немного меньше - у C. horrida (10-13 %), C. chlorosarca Maxim. var. atrocarpa и C. macracantha (12 %), C. submollis (~ 11 %). Все исследованные растения были перекрестноопыляемыми. Завязываемость плодов и семян при ксеногамии составляла от 63,2 % ( C. submollis ) до 96,2 % ( C. maximowiczii ). Виды были способны скрещиваться между собой. В некоторых случаях при реципрокных скрещиваниях имела место различная степень завязываемости плодов, когда один и тот же вид в одном случае служит материнским растением, а в другом - отцовским растением (например, в скрещивании C. prunifolia × C. maximowiczii ). Однако в большинстве скрещиваний при разных комбинациях материнских и мужских форм разница в завязываемости плодов была несущественной. Выявлены наиболее удачные комбинации межвидовых скрещиваний: C. maximowiczii × C. submollis, C. maximowiczii × C. horrida , C. maximowiczii × C. prunifolia , C. submollis × C. chlorosarca , C. horrida × C. submollis , C. caucasica × C. monogyna , C. pinnatifida × C. caucasica , C. chlorosarca × C. macracantha , C. chlorosarca × C. caucasica , C. chlorosarca × C. almaatensis, C. chlorosarca × C. pinnatifida , C. macracantha × C. chlorosarca , C. macracantha × C. caucasica . Установлено, что наиболее универсальными опылителями, при использовании которых образовывалось максимальное число завязей, были C. maximowiczii и C. caucasica .

Еще

Crataegus, rosaceae, ксеногамия, межвидовая гибридизация, фертильность пыльцы, жизнеспособность пыльцы

Короткий адрес: https://sciup.org/142242460

IDR: 142242460   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2024.3.537rus

Список литературы Перспективные скрещивания видов в роде Crataegus L. (Rosaceae)

  • Al Humayed S. Protective and therapeutic effects of Crataegus aronia in non-alcoholic fatty liver disease. Archives of Physiology and Biochemistry, 2016, 123(1): 23-30 (doi: 10.1080/13813455.2016.1205097).
  • Belkhir M., Rebai O., Dhaouadi K., Sioud B., Amri M., Fattouch S. Antioxidant and antimicrobial activities of Tunisian azarole (Crataegus Azarolus L.) leaves and fruit pulp/peel polyphenolic extracts. International Journal of Food Properties, 2013, 16(6): 1380-1393 (doi: 10.1080/10942912.2011.586080).
  • Maldonado-Cubas J., Albores-Méndez E.M., Martín-Martínez E.S., Quiroz-Reyes C.N., González-Córdova G.E., Casañas-Pimentel R.G. Mexican hawthorn (Crataegus gracilior J.B. Phipps) stems and leaves induce cell death on breast cancer cells. Nutrition and Cancer, 2019, 72(8): 1411-1421 (doi: 10.1080/01635581.2019.1678657).
  • Edwards J.E., Brown P.N., Talent N., Dickinson T.A., Shipley P.R. A review of the chemistry of the genus Crataegus. Phytochemistry, 2012, 79(6): 5-26 (doi: 10.1016/j.phytochem.2012.04.006).
  • Cloud A., Vilcins D., McEwen B. The effect of hawthorn (Crataegus spp.) on blood pressure: a systematic review. Advances in Integrative Medicine, 2020, 7(3): 167-175 (doi: 10.1016/j.aimed.2019.09.002).
  • Ameray A., Castro J.P., Castro M. Potential greenhouse gas emissions mitigation through increased grazing pressure: a case study in North Portugal. Carbon Management, 2022, 13(1): 142-153 (doi: 10.1080/17583004.2022.2029575).
  • Лихитченко М.А. Боярышники Приморского края, их роль в лесных биогеоценозах и хозяйственное значение. Автореф. канд. дис. Уссурийск. 2004.
  • Özyurt G., Yücesan Z., Ak N., Oktan E., Üçler A.O. Ecological and economic importance of studying propagation techniques of common hawthorn Crataegus monogyna Jacq. Сибирский лесной журнал, 2019, 4: 63-67.
  • Li R., Luan F., Zhao Y., Wu M., Lu Y., Tao C., Zhu L., Zhang C., Wan L. Crataegus pinnatifida: a botanical, ethnopharmacological, phytochemical, and pharmacological overview. Journal of Ethnopharmacology, 2023, 301: 115819 (doi: 10.1016/j.jep.2022.115819).
  • Александров В.Г. Анатомия растений. М., 1966.
  • Vašková D., Kolarčik V. Breeding systems in diploid and polyploid hawthorns (Crataegus): evidence from experimental pollinations of C. monogyna, C. subsphaerica, and natural hybrids. Forests, 2019, 10(12): 1059 (doi: 10.3390/f10121059).
  • Dickinson T.A., Yan B.X., Han S., Zarrei M. Niche shifts, hybridization, polyploidy and geographic parthenogenesis in Western North American hawthorns (Crataegus subg. Sanguineae, Rosaceae). Agronomy, 2021, 11(11): 2133 (doi: 10.3390/agronomy11112133).
  • Фисун М.Н., Егорова Е.М., Цороев А.Х., Саракуева Ф.Ж., Кагазежева Н.Х. Урожайность и качество плодов древесных и кустарниковых дикоплодовых растений в Нижнегорном поясе Центрального Предкавказья. Естественные науки, 2012, 1(167): 37-40.
  • Бессонова А.В. Биологические особенности роста и плодоношения перспективных форм боярышника для промышленных насаждений. Автореф. канд. дис. Мичуринск, 2019.
  • Škvareninová J., Lukasová V., Borsányi P., Kvas A., Vido J., Štefková J., Škvarenina J. The effect of climate change on spring frosts and flowering of Crataegus laevigata — the indicator of the validity of the weather lore about “The Ice Saints”. Ecological Indicators, 2022, 145: 109688 (doi: 10.1016/j.ecolind.2022.109688).
  • Sargsyan M.V. The genus Crataegus (Rosaceae) in Armenia (an updated review). Biosystems Diversity, 2022, 30(3): 270-273 (doi: 10.15421/012229).
  • Семенютина А.В., Панов В.Н., Кащенко Е.В. К вопросу интродукции видов родового комплекса Crataegus. для озеленения населенных пунктов. Мат. Межд. науч.-практ. конф. «Защитное лесоразведение, мелиорация земель, проблемы агроэкологии и земледелия в россий-ской федерации». Волгоград, 2016, 376-380.
  • Fichtner A., Wissemann V. Biological flora of the British Isles: Crataegus monogyna. Journal of Ecology, 2021, 109(1): 541-571 (doi: 10.1111/1365-2745.13554).
  • Вафин Р.В. Биологические особенности интродуцированных видов рода Crataegus L. Автореф. канд. дис. Уфа, 2002.
  • Liston A., Weitemier1 K.A., Letelier L., Podan J., Zong Y., Liu L., Dickinson T.A. Phylogeny of Crataegus (Rosaceae) based on 257 nuclear loci and chloroplast genomes: evaluating the impact of hybridization. PeerJ, 2021, 9: e12418 (doi: 10.7717/peerj.12418).
  • Christensen K.I., Zarrei M., Kuzmina M., Talent N., Lin C., Dickinson T.A. Crataegus ½ninae-celottiae and C. ½ cogswellii (Rosaceae, Maleae), two spontaneously formed intersectional nothospecies. PhytoKeys, 2014, 36: 1-26 (doi: 10.3897/phytokeys.36.6784).
  • Lo E.Y.Y., Stefanović S., Christensen K.I., Dickinson T.A. Evidence for genetic association between East Asian and western North American Crataegus L. (Rosaceae) and rapid divergence of the eastern North American lineages based on multiple DNA sequences. Molecular Phylogenetics and Evolution, 2009, 51(2): 157-168 (doi: 10.1016/j.ympev.2009.01.018).
  • Phipps J.B. Studies in Mespilus, Crataegus, and ½Crataemespilus (Rosaceae), i. differentiation of Mespilus and Crataegus, expansion of ½Crataemespilus, with supplementary observations on differences between the Crataegus and Amelanchier clades. Phytotaxa, 2016, 257(3): 201-229 (doi: 10.11646/phytotaxa.257.3.1).
  • Романова Н.П., Шелаботин Г.П., Леонченко В.Г., Ханина Н.П., Никольский Б.В., Расторгуев С.Л., Туровский И.И. Методические рекомендации по применению цитологических методов в плодоводстве. М., 1988.
  • Вайнагий И.В. О методике изучения семенной продуктивности растений. Ботанический журнал , 1974, 58(6): 826 831.
  • Левина Р.Е. Репродуктивная биология семенных растений. М., 1981.
  • Sharafi V. Suitable in vitro medium for studying pollen viability in some of the Iranian hawthorn genotypes. Journal of Medicinal Plants Research, 2010, 4(19): 1967-1970 (doi: 10.5897/JMPR10.419).
  • Яндовка Л.Ф., Барабанов И.В. Строение пыльцевого зерна и опыление у представи-телей рода Ribes L. (Grossulariaceae). Ботанический журнал, 2023, 108(1): 37-50 (doi: 10.31857/S000681362301009X).
  • Wang H.-G., Huang J.-C., Jauh G.-Y. Pollen germination and tube growth. In: Advances in botanical research, vol. 54 /J.C. Kader, M. Delseny (ed.). Academic Press, Cambridge, 2010: 1-52 (doi: 10.1016/S0065-2296(10)54001-1).
  • Patel R.G., Mankad A.U. In vitro pollen germination — a review. International Journal of Science and Research, 2014, 5(3): 358.
  • Остапенко В.И. Вопросы физиологии сексуализации, оплодотворения и гибридизации плодовых растений и некоторые биофизические методы управления этими процессами. Автореф. канд. дис. Харьков, 1968.
  • Остапенко В.И. Программа и методика биофизических исследований плодовых растений. Мичуринск, 1978.
  • Dönmez A.A. The genus Crataegus L. (Rosaceae) wih special reference to hybridisation and biodiversity in Turkey. Turkish Journal of Botany, 2004, 28(1): 29-37.
  • Каталог растений для ландшафтного дизайна. Боярышник гибридный (crataegus ½ media). Режим доступа: https://catalog.greenmaster.by/listvennie_derevya/crataegus/media. Без даты.
  • Lo E.Y.Y., Stefanović S., Dickinson T.A. Population genetic structure of diploid sexual and polyploid apomictic hawthorns (Crataegus; Rosaceae) in the Pacific Northwest. Molecular Ecology, 2009, 18(6): 1145-1160 (doi: 10.1111/j.1365-294X.2009.04091.x).
  • Phipps J.B. A review of hybridization in North American hawthorns — another look at the Crataegus problem. Annals of the Missouri Botanical Garden, 2005, 92: 113-126.
  • Coughlan J.M., Han S., Stefanović S., Dickinson T.A. Widespread generalist clones are associated with range and niche expansion in allopolyploids of Pacific Northwest Hawthorns (Crataegus L.). Molecular Ecology, 2017, 26(20): 5484-5499 (doi: 10.1111/mec.14331).
  • Lo E.Y.Y., Stefanović S., Dickinson T.A. Reconstructing reticulation history in a phylogenetic framework and the potential of allopatric speciation driven by polyploidy in an agamic complex in Crataegus (Rosaceae). Evolution, 2010, 64(12): 3593-3608 (doi: 10.1111/j.1558-5646.2010.01063.x).
  • Zarrei M., Stefanović S., Dickinson T.A. Reticulate evolution in North American black-fruited hawthorns (Crataegus section Douglasia; Rosaceae): evidence from nuclear ITS2 and plastid sequences. Annals of Botany, 2014, 114(2): 253-269 (doi: 10.1093/aob/mcu116).
  • Dickinson T.A., Belaoussoff S., Love R.M., Muniyamma M. North American black-fruited hawthorns: I. Variation in floral construction, breeding system correlates, and their possible evolutionary significance in Crataegus sect. Douglasii Loudon. Folia Geobotanica, 1996, 31: 355-371 (doi: 10.1007/BF02815380).
  • Talent N., Dickinson T.A. Polyploidy in Crataegus and Mespilus (Rosaceae, Maloideae): evolutionary inferences from flow cytometry of nuclear DNA amounts. Canadian Journal of Botany, 2005, 83(10): 1268-1304 (doi: 10.1139/b05-088).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp