ОНТОГЕНЕЗ, 2010, том 41, № 6, с. 455-460
= БИОЛОГИЯ РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ
УДК 581.3 581.162 581.163 575.222.72
ИНТЕГУМЕНТАЛЬНАЯ ЭМБРИОНИЯ У ЦМС-ЛИНИИ ПОДСОЛНЕЧНИКА1
© 2010 г. О. Н. Воронова
Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН 197376Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 2 E-mail: o_voronova@list.ru Поступила в редакцию 23.04.09 г.
В семязачатках культурного подсолнечника (Helianthus annuus L.) ЦМС-линии ВИР 116, опыленных пыльцой многолетнего дикого вида H. occidentalis, выявлено формирование интегументальных зародышей. Они наблюдались на 7-9-е сутки после опыления в зародышевых мешках, где не произошло нормальное оплодотворение. Эти зародыши возникали из соматических клеток материнского организма (интегумента) и их появление может быть одной из причин матроклинной наследственности у межвидовых гибридов.
Ключевые слова: интегументальная эмбриония, межвидовая гибридизация, ЦМС, подсолнечник.
ВВЕДЕНИЕ
Линии подсолнечника с цитоплазматической мужской стерильностью широко используются в селекции, поскольку позволяют избежать трудоемкой ручной кастрации цветков, но тем не менее эмбриологически они еще недостаточно изучены. У ЦМС-линий исследовалась, в основном, мужская репродуктивная сфера (Horner, 1977; Симоненко, Карпович, 1978; Орел и др., 1984; Balk, Leaver, и др., 2001), женская репродуктивная сфера лишь недавно стала объектом цито-эмбриологического анализа (Воронова, 2006; Воронова, Гаврилова, 2007; Gotelli et al., 2008). Большинство более ранних исследований культурного подсолнечника проводилось на сортах (Устинова, 1955, 1964; Дзюбенко, 1959; New-comb, 1973a,b; Тодерич, 1988; Yan et al., 1991).
В селекционной работе с подсолнечником часто используется межвидовая гибридизация. Дикие виды подсолнечника являются уникальными источниками генов устойчивости к болезням, генов восстановления фертильности пыльцы у линий с цито-плазматической мужской стерильностью, а также с помощью межвидовой гибридазации в генотип культурного подсолнечника привносят некоторые другие хозяйственно-ценные признаки (Пустовойт, 1975; Анащенко, Попова, 1985; Christov, 1996; Gavrilova et al., 1997; Гаврилова, Анисимова, 2003; At-lagic', 2004).
Однолетние виды подсолнечника сравнительно легко скрещиваются с культурным Helianthus annuus. Многолетние виды намного труднее вступают в гибридизацию. Как правило, образуется всего не-
1 Работа выполняется при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 08-0400076) и гранта Президента РФ по поддержке ведущих научных школ РФ (проект № НШ-2096.2008.4).
сколько гибридных семян на корзинку, и генотипи-ческая природа межвидовых гибридов остается не до конца определенной, зачастую наблюдаются отклонения от ожидаемого в наследовании признаков у гибридов (Лященко, 1940, 1941, 1948; Оага1оуа е!а1., 1997; Faure е! а1., 2002; Гаврилова, Анисимова, 2003).
Такое наследование признаков могло бы быть следствием отклонений в процессе опыления или оплодотворения при межвидовой гибридизации, например наличием одной из форм апомиксиса.
В природе подсолнечник опыляется строго перекрестно. Проявление апомиксиса у диких видов подсолнечника практически не отмечалось. Об единичных случаях формирования в одном семязачатке двух зародышевых мешков у диких видов упоминается в работе К.Н. Тодерич (1988), но автор связывает их развитие с заложением нескольких археспори-альных клеток. Было принято считать, что апомик-тичное размножение в роде НеНаЫкт отсутствует (Тодерич, 1988; Гаврилова, Анисимова, 2003).
Для культурного подсолнечника явления апо-миксиса, хоть крайне редко, но отмечались. Л.К. Дзюбенко (1959) наблюдал отдельные случаи апоспории у декоративной махровой формы культурного подсолнечника, Е.И. Устинова (1955, 1964, 1970) обнаружила апоспорию и случаи полиэмбрио-нии у подсолнечника сорта Ждановский и сорта Саратовский при неблагоприятных погодных условиях.
Серия экспериментов по межвидовой гибридизации с последующим цито-эмбриологическим исследованием процесса опыления и оплодотворения, проведенных на растениях ЦМС-линий, выявили ряд аномалий в развитии их женской репродуктивной системы, в том числе такие явления апомикси-са, как апоспория (Воронова, 2006; Воронова, Гав-
рилова, 2007) и интегументальная эмбриония (Воронова, 2008а).
Интегументальные зародыши, по своему происхождению, представляют собой клоны материнского организма; их формирование может приводить к генетической гетерогенности (наличию и материнской, и смешанной наследственности) даже в пределах потомства одного растения (Батыгина, Виноградова, 2007). Именно поэтому возможность появления интегументальных зародышей у культурного подсолнечника не только представляет теоретический интерес, но и позволила бы объяснить отклонения от ожидаемого результата скрещиваний, с которыми сталкиваются в своей работе селекционеры.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Материалом для исследования были растения культурного подсолнечника ЦМС-линии ВИР 116. Соцветия (корзинки) изолировались под пергаментными изоляторами еще до цветения. Когда начинал цветение 2-й круг корзинки, то цветки этого круга опылялись пыльцой дикого вида. Пыльца собиралась непосредственно перед опылением с предварительно изолированных соцветий. В качестве опылителей были взяты следующие многолетние виды: H. ciliaris, H. decapetalis, H. divaricatus, H. gigan-teus, H. maximiliani, H. mollis, H. nutalli, H. occidentalis, H. strumosus. Таким образом, моделировался эксперимент по проведению межвидовых скрещиваний, которые используются в селекционной работе с подсолнечником.
Как контроль рассматривались растения ЦМС-линии ВИР 116 (форма А), опыленные свежей пыльцой культурного подсолнечника - фертильно-го аналога (форма Б). В качестве дополнительного контроля был собран материал по разным стадиям развития семязачатка у растений сорта Передовик (стандарт), на свободном опылении.
Материал для цито-эмбриологических исследований фиксировался темпорально, начиная от 1 часа до 9 суток после опыления. Отдельные трубчатые цветки извлекались пинцетом из корзинки и помещались в раствор фиксатора ^АА). Постоянные препараты для световой микроскопии изготавливались по классической методике; толщина парафиновых срезов составляла 5-15 мкм, срезы окрашивали гематоксилином по Эрлиху или по Гейденгайну с подкрашиванием алциановым синим (Жинкина, Воронова, 2000). Для ускоренного анализа материала использовался метод просветления тотальных препаратов семязачатков (Воронова, 2008б).
Всего было исследовано около 450 семязачатков, в среднем по 45 семязачатков на каждую комбинацию опыления.
Растения, используемые в эксперименте, выращивались в Краснодарском крае на полях Кубанской опытной станции Всероссийского научно-исследовательского института растениеводства им. Н.И. Вавилова.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование семязачатков ЦМС-линии ВИР 116 на ранних стадиях развития (до опыления) показало, что формирование женских репродуктивных структур и развитие зародышевого мешка идет сходно с таковым у растений сорта Передовик (согласно собственным и литературным данным).
К моменту опыления в цветках исследованных растений формируется по одному семязачатку (уни-тегмальному, тенуинуцеллятному), в котором, как правило, развивается один зародышевый мешок Polygonum-типа (см. рис. 1, 2).
Ряд отличий между линией ВИР 116 и сортом Передовик был выявлен в развитии женских репродуктивных структур после опыления. Аномалии были обнаружены у линии ВИР 116 и, в основном, в семязачатках у тех растений, которые были опылены пыльцой многолетнего вида подсолнечника. Наиболее типичным отклонением можно считать формирование апоспорических зародышевых мешков, что было описано ранее (Воронова, 2006; Воронова, Гврилова, 2007), в то же время встречались и такие аномалии как полное отсутствие зародышевого мешка в семязачатке (Воронова, 2006, 2008а) или формирование интегументальных зародышей.
Формирование интегументальных зародышей было обнаружено в семязачатках линии ВИР 116, опыленных пыльцой H. occidentalis (см. рис. 3-6).
Хотя опыление было проведено, но оплодотворение не наблюдалось и спустя 7-9 суток после опыления. Зародышевый мешок на этой стадии еще сохранялся, приобретая 8-образную форму. Как правило, в нем еще можно было различить составные элементы — яйцевой аппарат, центральную клетку со вторичным ядром, антиподы. Яйцеклетка иногда сильно увеличивалась в размерах, а синергиды, напротив, были сжатыми и потемневшими. Ядро яйцеклетки могло по размеру превосходить вторичное ядро центральной клетки. Цитоплазма центральной клетки занимала пристенное положение, с огромной вакуолью в центре, вторичное ядро располагалось вблизи яйцеклетки (см. рис. 5).
Интегументальный тапетум становился многослойным, складчатым, а его клетки — прозрачными, с мелкими плохо различимыми ядрами. Ткань инте-гумента в зоне халазального полюса зародышевого мешка разрушалась, клетки лизировались и образовывались полости (см. рис. 3, 5).
Интегументальные зародыши располагались в халазальной области интегументального тапетума, обращенные апикальным полюсом в сторону микропиле. Они состояли из 1-2 клеток подвеска и 78 клеток собственно зародыша — темноокрашенных с крупным, хорошо выраженным ядром с четким ядрышком. По строению они соответствовали половым зародышами Asterad-типа (Senecio — вариация) (см. рис. 4, 6).
На более ранних стадиях в ткани интегументаль-ного тапетума можно было наблюдать своеобразные
Рис. 1. Завязь с семязачатком на стадии зрелого зародышевого мешка перед опылением.
комплексы клеток, состоящие из мелких густоплазменных клеток с крупным активным ядром, которые четко выделялись на фоне остальных клеток ин-тегументального тапетума (прозрачных, с плохо различимыми ядрами). Часть клеток в этих комплексах группировалась по 2-4 клетки и выглядела подобно 2-4-х клеточным зародышам. По-видимому, эту стадию можно рассматривать как промежуточную в формировании интегументальных зародышей.
В контроле (при опылении линии ВИР 116 А пыльцой фертильного аналога ВИР 116 Б и у сорта Передовик) на 7-9-е сутки после опыл
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.