Формирование генеративных почек

В изучении биологии кизила очень важно установить сроки и особенности формирования цветочных почек. Фенологические наблюдения фиксируют лишь внешние проявления прошедших формообразовательных процессов. Более углубленное изучение процессов роста и развития позволяет установить условия, при которых закладывается максимальное количество цветочных почек, а следовательно, дает возможность управлять плодоношением с помощью специально подобранных агротехнических мероприятий.

Весенне-летнее развитие цветочных почек. Формирование цветочных почек у кизила начинается в мае, вскоре после окончания цветения, когда побеги продолжают еще некоторое время вегетативный рост. Этим кизил отличается от других семечковых или косточковых плодовых растений, у которых образование зачатков цветков наступает в конце лета и заканчивается весной следующего вегетационного периода.

Период дифференциации цветочных почек кизила можно разделить на 7 фаз: 1 - дифференциация конуса нарастания; 2 - закладка бугорков будущих цветков; 3 - дифференциация частей цветка; 4 - формирование тканей пыльника; 5 - формирование пыльцевого зерна; 6 - образование семяпочки; 7 - процесс формирования зародышевого мешка, где происходит оплодотворение. Продолжительность любого этапа и время образования органов в значительной степени зависят от погодных условий, агротехники и других факторов. Поэтому с изменением условий по годам могут наблюдаться те или иные отклонения в количестве образовавшихся цветков в соцветии и жизнеспособности пыльцевых зерен.

В начале формирования цветочных почек выпуклый конус нарастания, прикрытый кроющими чешуями, состоит из меристематических клеток, четко разделенных на две зоны. Первая зона образована небольшими темноокрашенными клетками, одинаковыми по величине, расположенными плотно в 5-6 рядов. Это наиболее активные делящиеся меристематические клетки. Вторая зона состоит из светлоокрашенных, округлых, беспорядочно расположенных клеток, их слои слабо выражены или отсутствуют. Эта зона занимает наибольший объем и имеет важное значение, так как через нее меристематические клетки конуса нарастания обеспечиваются питательными веществами.

В дальнейшем конус нарастания уплощается, клетки располагаются ровными рядами. В результате интенсивного деления меристематических клеток на поверхности конуса образуются бугорки - зачатки будущих цветков. Одновременно у основания цветочной почки формируются "смешанные" почки, расположенные под покровом чешуи. В дальнейшем эти почки дают розетку листьев, между которыми и формируется обычно цветочная почка. Поскольку цветки в соцветии кизила формируются неодновременно, среди едва заметных бугорков будущих цветков встречаются более развитые бугорки с зачатками чашелистиков.

К концу июня на зачатках цветков конуса нарастания образуются бугорки недифференцированных пыльников и двух плодолистиков. Плодолистики по мере дальнейшего роста срастаются краями, образуя пестик и две камеры с двумя висячими анатропными семяпочками.

В дальнейшем происходит увеличение размеров зачатков цветка, дифференциация тканей пыльника. В начале августа образуются материнские клетки пыльцы (МКП), формирующие пыльцевые зерна.

За начальный срок формирования того или иного органа цветка мы принимали тот срок, когда впервые встретилась данная фаза развития. Из-за асинхронности формирования цветков в соцветии кизила трудно установить конкретную дату образования органа цветка. Так, например, недифференцированный конус нарастания встречался и 5 мая, и 4 июня.

Наступление фаз морфогенеза колеблется по годам, так как полностью зависит от погодных условий, особенно колебаний температуры. Сроки формирования цветков указаны в табл. 3, из которой видно, что соцветие закладывается в течение непродолжительного времени (2-2,5 мес). Самой длительной фазой является двухъядерная стадия пыльцевого зерна, которая продолжается в течение зимы, до цветения в марте - апреле следующего года.

3. Сроки морфогенеза цветочных почек кизила

^* (До марта следующего года.)

Итак, дифференциация цветочных почек кизила наблюдается в год, предшествующий цветению. Закладка эмбриональных органов начинается в мае при относительно низких положительных температурах и заканчивается в августе этого же вегетационного периода формированием пыльцы.

На ранних этапах формирования пыльник имеет вид небольшого бугорка, состоящего из однородных меристематических клеток. В июле эти клетки претерпевают деления и начинается дифференциация тканей, характеризующаяся образованием морфологически и физиологически различных слоев пыльника, специализация которых связана с выполнением определенных функций. Пыльник приобретает характерную для кизила овальную форму, в центре него возникают четыре гнезда, соединенных между собой связником, представляющим собой продолжение тычиночной нити. В центральной части пыльника формируются крупные клетки с ярко окрашенными ядрышками, плотно примыкающие друг к другу. Они дают начало материнским клеткам пыльцы (МКП).

Наиболее интересной фазой для подсчета числа хромосом у кизила является метафаза I, которая характеризуется неодинаковой величиной хромосом, расположенных в экваториальной плоскости клетки. Среди хромосом округлой формы обязательно встречается один овальный или трапециевидный бивалент. В анафазе I расхождение хромосом к полюсам происходит быстро, поэтому наблюдается эта стадия редко.

В ходе формирования пыльцевого зерна возможны нарушения, связанные в основном с температурными условиями произрастания кизила, приводящими к неправильной конъюгации хромосом. Обычно стадии образования пыльцы у кизила проходят нормально, но в отдельные годы отмечены отклонения, вызванные колебаниями высокой и низкой температуры (например, 1979 г.). Эти колебания привели к нарушениям в анафазе I: неодновременности отхождения хромосом к полюсам по веретену, образованию мостов, мелких дополнительных ядер, в результате чего сформировалось некоторое количество стерильной пыльцы.

При нормальном формировании пыльцы образуются тетрады клеток, затем 4 микроспоры, которые в дальнейшем дают начало пыльцевым зернам с вегетативной и генеративной клетками. Ядро вегетативной клетки крупное, трапециевидное, генеративной - овальное, меньше по размеру, находится у оболочки, чаще около поры. Клетки отличаются функционально. Генеративная в дальнейшем делится на 2 спермия в пыльцевой трубке, роль же вегетативной в основном сводится к обеспечению питательными веществами генеративной клетки.

Одновременно с формированием пыльцы в МКП (июль - август) в полости семенных камер происходит закладка бугорков семяпочек, которые в процессе развития претерпевают морфологические и физиологические изменения - формируют зародышевый мешок. Семяпочка у кизила покрыта одним интегументом (покровом). Сформировавшийся зародышевый мешок был обнаружен в апреле, декабре и январе.

В августе у основания пестика закладывается диск нектарника. Выделяемый секрет его играет существенную роль в прорастании пыльцы и пыльцевых трубок.

В решении проблемы повышения урожайности кизила существенную роль играет исследование жизнеспособности пыльцы. Период прорастания пыльцевых трубок на искусственной среде у кизила довольно длительный. Для экспериментальных исследований пыльцу кизила в природе собирать трудно, так как цветки мелкие и в каждом из них только 4 пыльника. Обычно во время цветения лепестки раскрываются у основания цветка, освобождая пыльники, но при этом остаются сложенными своими верхушками над пестиком. Эту стадию используют для сбора пыльцы, так как позже на пыльники может попасть пыльца других растений. С плотно закрытых бутонов также нельзя собирать пыльцу, поскольку развитие ее еще не закончено. Определение готовности пыльцы к прорастанию затрудняет длительность одно- и двухъядерной стадий формирования пыльцевого зерна. Поэтому рано собранные в пергаментные коробочки пыльники иногда, высыхая, скручиваются, но не дают пыльцы.

Пыльцу кизила надо собирать в период массового цветения с вполне рыхлых бутонов или с цветков, раскрывшихся в комнатных условиях, предварительно поставив побеги в воду. Нормально развитые пыльцевые зерна в основном округлой формы, изредка встречаются треугольные.

Обычно посев пыльцы кизила проводят в каплю 25%-го раствора сахарозы в закрытой камере. Прорастаемость ее низкая. Нами были испытаны разные среды для проращивания пыльцы с учетом температурного фактора в период ее формирования летом, а также во время цветения, условий ее сбора и хранения, температуры в комнате. Однако прорастаемость оставалась низкой. Оказалось, что пыльца лучше прорастает (30%) при пониженной температуре (10°С) в капле 25%-ного раствора сахарозы. Эти условия близки к естественным и повышают достоверность исследований. Оптимальное время для подсчета проросших пыльцевых трубок наступает через 30-33 ч после посева. Для других плодовых растений этот срок равен 24 ч, после чего просмотр затрудняется из-за присутствия большого количества гифов гриба. За время наблюдений проросшей пыльцы кизила в сахарозе не были обнаружены гифы грибов, что указывает на практически здоровую пыльцу. Гифы грибов не появляются среди проросших пыльцевых трубок кизила и через 48 ч после посева пыльцы. Длина пыльцевых трубок при этом достигает 500-600 мк.

Установление сроков и выяснение этапов образования цветочных почек кизила очень важно для плодоводства, так как помогает прогнозировать урожайность и влиять на нее с помощью научно обоснованного применения агротехнических приемов: внесения удобрений, полива, обрезки.

Зимнее развитие цветочных почек. Рост и физиологические изменения цветочных почек кизила, происходящие в зимние месяцы, очень важны для дальнейшего нормального развития растений.

Ранее считалось, что в течение зимы растения не претерпевают каких-либо изменений, поэтому исследовалось в основном влияние на развитие положительных температур. В дальнейшем появились работы, посвященные воздействию на жизнедеятельность организмов зимних температур, при которых происходит рост и даже увеличение сухой массы. Зимний покой цветочных почек - только кажущийся. В это время в почках происходят замедленные химические изменения, которые могут протекать длительное время без увеличения количества ранее образованных клеток. Эти процессы ускоряются при повышении температуры воздуха.

В результате проведенного эксперимента нами установлена необходимая продолжительность воздействия низких температур на цветочные почки кизила. Этот период составляет 3-3,5 мес, а сумма температур колеблется от +65 до -211°С. Началом выхода цветочных почек из состояния покоя является середина февраля. Побеги, взятые в это время и поставленные в воду при комнатной температуре, начинали вегетацию через 10-11 дней, а еще через 8 дней появлялись листья. Следует отметить, что вегетативные почки в своем развитии значительно отстают от генеративных.

Согласно литературным данным, зимостойкость генеративных почек у плодовых культур зависит от степени их дифференциации, т. е. чем более развиты органы цветка, тем они менее зимостойки. Этот вывод противоречит нашим наблюдениям у кизила. В зиму его цветочные почки уходят с довольно развитым пыльцевым зерном (двухъядерная стадия) и зародышевым мешком. Несмотря на это, они не гибнут, хорошо переносят зимние низкие температуры. Вероятно, зимостойкость плодовых почек связана не столько со степенью дифференциации, сколько с продолжительностью той или иной стадии, особенностями генотипа и глубиной периода покоя. Видимо, в цветочных почках кизила в течение длительной двухъядерной стадии пыльцевого зерна очень медленно идут физиологические процессы, которые необходимы для нормального развития и весеннего цветения.

Свидетельством того, что развитие почек в зимний период происходит, является обнаружение на постоянных цитологических препаратах кизила единичных делящихся клеток. Правда, скорость делений значительно снижается при понижении температуры до +5,0°С, но полностью процесс не останавливается. С повышением температуры число делящихся клеток резко возрастает.

При положительных и небольших отрицательных температурах в зимний период у кизила были найдены, помимо нормально развитых пыльцевых зерен, крупные пустые зерна без ядер, а также зерна с отдельными фрагментами ядерного вещества и точечностью. Вероятно, эти аномалии связаны с понижением температуры зимой.

В зимний период происходит также незначительное увеличение размеров цветка и его органов. Скорость этого процесса зависит от колебаний температуры. За зиму нектарники увеличились на 0,3-0,4 мм, длина пестика - 0,1 мм, длина и ширина цветков - на 0,04-0,05 мм.

Важным физиологическим показателем состояния цветочных почек кизила является динамика общей влаги, а также изменение сухой массы. Если температура воздуха снижалась или повышалась постепенно, то соотношение сырой массы, влаги и сухих веществ изменялось медленно. При резком снижении температуры резко уменьшаются сырая масса и содержание влаги по сравнению с количеством сухих веществ.

Таким образом, несмотря на высокую степень сформированности цветков кизила, в зимний период в них происходит изменение биометрических и физиологических показателей. Цветочные почки кизила очень зимостойки. В связи с этим различные формы этого растения могут произрастать гораздо севернее естественного ареала.