подтверждением кардинальной роли тапетума в образовании пыльцы служат

работы по ЦМС [59, Gl, 62, 76].

В связи с тем, что применение гаметоцидов имеет целью индукцию мужской

стерильности растений, для выяснения предполагаемых механизмов действия

веществ с гаметоцид-'ной активностью необходима сравнительная оценка и

анализ морфологических, цитологических и физиолого-биохимиче-ских различий

фертильных растений и линий с ЦМС. Сравнительная анатомия и биохимия тканей

пыльников нормальных и стерильных растений свидетельствуют, что

абортивность развивающихся пыльцевь»х зерен является результатом включения

или выключения более чем одного механизма, а также нарушений регуляторных

процессов на различных уровнях 6

контролирования метаболических путей [62, 94, 98, 111]. Отмечено, что у

всех изученных линий с ЦМС 90% растений обла^-дали нормальным ходом

микроспорогенеза до определенной фазы, на которой начиналась абортивность

пыльцы, и только у 10% растений анормальность проявлялась еще до стадии,

обусловливающей абортивность в результате более ранних нарушений нормальных

метаболических циклов. У большинства видов (около 70%) деградация микроспор

приходилась на период, начиная с мейоза 1 и включая интерфазу микроспор

[94].

Одной из причин, вызывающих ЦМС растений, являются функциональные

нарушения в метаболизме тапетума. Тщательное изучение этой ткани у

фертильных и стерильных линий, а также у восстановителей фертильности сорго

показало, что у фертильных линий после мейотической профазы I тапетум

быстро уменьшался в радиальной протяженности [52]. В стерильных пыльниках

радиально расширенный тапетум обусловливает абортивность микроспор, и

период его разрастания приходится на стадию вакуолизации микроспоры.

Тапетум стерильных пыльников по протяженности (в ширине) и морфологии имеет

более широкую шкалу изменчивости, чем у фертильных линий. 'Размеры ширины

тапетума стерильных пыльников связывают с дегенеративными процессами в

микроспорах [62, 109, 111].

•При цитологических исследованиях клонов ежи сборной с ЦМС не было

отмечено отклонений в развитии пыльника в течение архиспориальной стадии и

стадии материнской клетки пыльцы по сравнению с нормальными растениями [94,

117]. Первые признаки различий в развитии появлялись в начальные фазы

мейоза, что выражалось в разрушении некоторых микроспороцитов, в результате

чего образовывалось малое количество тетрад у растений с ЦМС. Одновременно

у стерильных растений наблюдалось более быстрое дегенерирова-ние тапетума,

чем у фертильных. При сравнительном исследовании микроспорогенеза и

развития пыльцы у фертильных и стерильных растений льна установлено, что

стерильность пыльцы у этого растения достигалась анормальным разрастанием

клеток тапетума, которые медленно дегенерировали по сравнению с тапетумом

фертильных растений, у которых величина этой ткани быстро уменьшалась,

особенно после стадии тетрад. Очевидно, преждевременное или позднее

включение деградативньгх механизмов тапетума может быть причиной

функциональной мужской стерильности. У разных видов растений эти механизмы

имеют свой специфический характер, что необходимо учитывать при подборе

гаметоцидов, их доз и сроков обработки.

• Цитологические исследования пшеницы показали, что на клеточном уровне ЦМС

выражается в уменьшении размеров и числа органелл, характеризующихся низкой

физиологической активностью и довольно быстрым дегенерированием [59]. У

фертильных пыльцевых зерен органеллы клеток обильны.

Различный уровень метаболической активности тапетума в нормальных и

стерильных пыльниках и продолжительность его функционирования

контролируется цитологами реакцией Фёльгена. Ядра клеток тапетума

нормальных пыльников интенсивно окрашиваются до формирования материнской

микроспоры, после чего окраска прогрессивно уменьшается по мере

коллапсирования тапетума. В тканях тапетума стерильных пыльников

окрашивание ядер продолжает осуществляться интенсивно после формирования

тетрад и незначительно снижается в процессе развития микроспор [94].

Следовательно, функция тапетума неразрывно связана с его определенной ролью

при абортивности микроспор. У нормальных пыльников тапетум получает

необходимый питательный материал, поставляемый растением, и преобразует его

для формирующихся микроспор, что подтверждается поступлением Фёль-ген-

положительных веществ в материнскую микроспору во время мейоза [93].

Тапетум стерильных пыльников имеет более низкий уровень метаболической

активности, о чем свидетельствует как низкая энзиматическая активность, так

и изменение поступления Фёльген-положительного материала в спорогенные

клетки в критические периоды их формирования.

В процессе 'химической индукции мужской стерильности может происходить

включение тех же механизмов, что и пр.и абортивности мужского гаметофита

стерильных аналогов, где стерильность обусловлена ЦМС. Обработка растений

кориандра, вики и лука 0,01%-ным раствором ГМК вызывала 100%-ную

стерильность у всех трех растений [60, 89, 90]. После нанесения гаметоцида

на растения кориандра тапетум увеличивался и существовал вплоть до стадии

вакуолизации микроспор. У контрольных растений тапетум дегенерировал после

мейоза. У лука Г1МК, включался в процессы формирования пыльцы, способствуя

преждевременному дегенерирова-нию спорогенной ткани и материнских клеток

пыльцы. У кориандра химическое индуцирование мужской стерильности

проявлялось цитологически — размер ядер не изменялся, а клетки тапетума

значительно удлинялись.

Предполагают, что вмешательство различных факторов в метаболизм клеток

тапетума приводит к деградации и'х содержимого и, в первую очередь,

дезокоирибозидов — основ-

8

ного синтетического пула ДйК, необходимого для нормального развития

материнской клетки пыльцы и микроспор. Нарушение деятельности тапетума при

снабжеаии питательным ^материалом спорогенной ткани, вызванное различными

причинами, обусловливает начало процессов деградации материнской клетки

пыльцы [134, 137].

Цитологические исследования пыльников растений с аук-син-индуцированной

стерильностью, выращенных при продолжительном освещении, показали, что

химические и физические факторы могут способствовать преждевременному де-

генерированию тапетума с последующим снижением нормального передвижения

питательного материала к спорогенной ткани. В процессе нормального развития

пыльцы в начальных (самых ранних) этапах микроспорогенеза ткани тапетума

разрастаются и только после завершения формирования микроспор в материнской

клетке пыльцы дегенерируют. При гормональной индукции мужской стерильности

гиббереллином (ГКз) и в условиях длительного естественного освещения

•отмечена обратная корреляция во взаимодействии микроспор .и тапетума.

Большинство микроспор становятся крупными, сильно вакуолизированньши, с

ядром, прижатым к клеточной .стенке. Клетки тапетума образуют плотную

оболочку вокруг

•полости пыльцевого мешка. Часть микроспор дегенерирует до вакуолизации, но

большее их количество абортируется при цветении [94].

Аберрация микроспорогенеза в результате продленного дня, по-видимому,

связана с ранним распадом клеток тапетума. Подобный эффект может быть

достигнут путем обработки ауксином, высокая концентрация которого

обнаружена в тканях растений при длительном фотопериоде [78]. Это

подтверждает гипотезу о влиянии фотопериода на пол путем регуляции

метаболизма ауксинов в растительных тканях [84, 88].

Считают также, что нарушение функций тапетума в питании развивающихся

микроспор не является непосредственной и единственной причиной абортивности

пыльцы [46, 107].

При сравнительных исследованиях пыльцы и развития

•пыльников линий пшеницы с ЦМС и нормальных растений установлено, что

деградативные процессы в развивающихся пыльцевых зернах начинаются с

несбалансированного поступления питательных веществ в тапетум в результате

нарушений функциональной активности васкулярной системы тычиночных нитей

[31, 32, 87]. Последние у стерильных растений имели слабо

дифференцированные васкулярные тяжи (либо они отсутствовали), в то время

как у нормальных тычинок сосудистые элементы были хорошо дифференцированы

на

9

ксилему и флоему. Наблюдаемое снижение аккумулирования крахмала в тканях

тапетума и отсутствие запасного крахмала в зрелых микроспорах является

следствием редукции передвижения растворов (в частности углеводов) в

тычинки стерильных растений [87]. Нарушение структуры васкулярных элементов

при воздействии веществ с гаметоцидной активностью может быть одним из

аспектов их действия, тем более, что обработка гаметоци.д'а'ми, как

правило, сопровождается уменьшением размеров пыльников и длины тычиночных

нитей [20, 59].

Преждевременное деградирование тапетума 'или. более длительное

существование интактных клеток тапетума в пыльниках с мужской

стерильностью, индуцированной химическими препаратами, по-видимому,

является результатом взаимосвязи химически активных веществ с

деградативными энзимами (несвоевременная их индукция или блокирование) [56,

60, 74].

При исследовании причин абортивности пыльцы установлено повышение

активности кислых фосфатаз в тканях нормальных пыльников до стадии тетрад,

после которой активность энзимтав резко снижалась с последующим

дегенерирова-нием тапетума [56]. В тканях стерильных пыльников активность

энзимов была гораздо ниже, и набухший тапетум раздавливал микроспоры [82].

.Подобный дисбаланс в энзиматической системе стерильных пыльников был

отмечен S. Izhar и R. Frankel [82] при сравнительном изучении каллазной

активности. В связи с тем, что период развития каллазной активности четко

установлен во времени и имеет определенный оптимум кислотности (р.Н 5),

авторы измерили in vivo pH различных стадий микроспорогенеза. У фертильных

пыльников вплоть до поздней стадии тетрад р.Н составляла около 7, затем

снижалась до 6, что сопровождалось растворением каллозы. В пыльниках

растений линий с ЦМС pH обычно или низкая — тогда энзиматический распад

каллозы материнской клетки пыльцы начинается раньше нормальных сроков, или

высокая — тогда наблюдается сильная активность энзима, начиная с профазы 1

в течение всего мейоза, вызывая цитологические нарушения. Преждевременное

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12