Повышение и сохранение жизнеспособности пыльцы при селекции винограда на бессемянность

УДК 634.8:631.527.
ПОВЫШЕНИЕ И СОХРАНЕНИЕ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ ПЫЛЬЦЫ ПРИ СЕЛЕКЦИИ ВИНОГРАДА НА БЕССЕМЯННОСТЬ
Ю.В. Соболева, Н.П. Дорошенко, Л.А. Майстренко
ГНУ Всероссийский НИИ виноградарства и виноделия им. Я.И. Потапенко,
г. Новочеркасск
С целью повышения жизнеспособности пыльцы бессемянных сортов винограда проводилась обработка соцветий за две недели до начала цветения и во время массового цветения различными регуляторами роста (симбионта, эмистим, партенокарпин, гиббереллин, никфан); изучалось влияние зеленых операций - прищипки и кольцевания плодовых побегов на жизнеспособность пыльцы, а также способы и сроки хранения мужских гамет бессемянных сортов винограда. Установлено положительное влияние проведенных операций на увеличение жизнеспособности пыльцы и продолжительность ее жизни при разных способах хранения.
Одной из возможных причин бессемянности у стеноспермокарпических сортов винограда считается несовместимость рекомбинантных гаметофитов. При этом образование макроспор зачастую проходит нормально, то есть в системе «пыльца-пестик», бессемянность может возникать вследствие ингибирования мужских гамет. Помимо гаметофитной несовместимости к числу факторов, ограничивающих доступную генотнпнческую изменчивость, относятся также стерильность и пониженная жизнеспособность рекомбинантов. В связи с этим, нами изучалась возможность повышения и сохранения жизнеспособности мужского гаметофита бессемянных сортов винограда.
Одним из приемов по улучшению условий цветения и оплодотворения виноградной лозы является проведение операций с зелеными частями куста. Поэтому нами устанавливалась возможность активизации развития мужского гаметофита путем прищипки и кольцевания плодовых побегов. Поскольку виноград также отличается высокой отзывчивостью на применение физиологически активных веществ, под действием которых значительно изменяется химическая регуляция гормонального баланса (и в частности репродуктивных органов), нами также изучалась возможность повышения жизнеспособности пыльцы путем адресного воздействия на нее регуляторами роста растений эмистим, симбионта, никфан, партенокарпин и гиббереллин (ГК3). Исходя из того, что сохранение в искусственных условиях жизнеспособного состояния микрогамет может позволить осуществлять скрещивание сортов и форм, цветущих в различное время, мы исследовали эффективность простых, не требующих специального оборудования, методов сохранения жизнеспособности пыльцы бессемянных сортов винограда.
Исследования проводили в 2002-2004 гг. в насаждениях селекционного центра и в лаборатории биотехнологии ВНИИВиВ им. Я.И. Потапенко. Для проведения кольцевания (на 5-6 см ниже соцветия на глубину 1-2 мм) и прищипки (на 1-2 см) использовано по три плодовых побега, на которых было оставлено только по одному соцветию в средней его части. Повторность опыта - 2-3-кратная. Операции проводили за 5-6 дней до начала цветения. Жизнеспособность пыльцы оценивали в стадию массового цветения.
Опрыскивание соцветий регуляторами роста эмистим (10-6; 10-8 и 10-10 %) и симбионта (0,025; 0,05 и 0,1 мл/л) проводили за две недели до начала цветения сорта (Русбол и Кишмиш новочеркасский) и за 1-2 дня до сбора пыльцы во время массового цветения (сорт Русбол). Эффективность применения регуляторов роста партенокарпин (1 мл/л), гиббереллин (50 мг/л) и никфан (0,5 мл/л) изучалась также в
начале массового цветения (сорт Русбол). Обработка - по три соцветия одного сорта в трех повторностях; контроль - пыльца, изолированная из необработанных соцветий (массовое цветение).
Заготовку пыльцы для определения ее жизнеспособности и закладки на хранение проводили по методике П.К. Айвазяна и Е.Н. Докучаева [1]. Хранение пыльцы осуществляли в пробирках в условиях комнатной температуры (25-29 °С); в тех же условиях, но в эксикаторе с хлористым кальцием (СаС12); в эксикаторе с СаС1; при температуре 3-5 °С; в эксикаторе с СаС12 при температуре минус 14 °С.
Жизнеспособность пыльцы оценивали проращиванием пыльцевых зерен по методу Транковского [2] на питательной среде, содержащей 10 % сахарозы и 2 % желатина. Просматривали препараты в люминесцентном микроскопе ЛЮМАМ-И1 и в интерференционно- поляризационном микроскопе МР1-5 в десяти полях зрения (в двух повторностях), используя рекомендации Л.М. Якимова, А.И. Лигвака и др. [3], А.И. Лигвака [4]. Статистическая обработка полученных данных проведена по методикам Э.М. Менчера, А. Я. Земшмана [5], Ю.Н. Тюрина, А.А. Макарова [6].
Результаты исследований показали, что при использовании зеленых операций максимальные значения результативного признака характерны для варианта опыта с прищипкой плодовых побегов (таблица 1): достоверные различия по сравнению с контролем наблюдались у сортов Русбол, Кишмиш новочеркасский и Einset seedless. У сорта Glenora максимальные значения жизнеспособности отмечены при использовании кольцевания побегов (55,2 ± 4,4; контроль - 38,9 ± 4,3 %). Существенные различия между данными вариантами (контроль и кольцевание) отмечены также и у сорта Einset seedless (35,1 ±4,1 % и 21,8 ± 4,7 % соответственно).
Более высокая отзывчивость на изменение поступления питательных веществ в соцветия в результате применения зеленых операций отмечена у сортов, полученных с участием вида Vitis labrusca L. (Einset seedless и Glenora). По сравнению с контролем, проведенные операции повысили среднюю жизнеспособность пыльцы сортов этой . группы в 1,5 раза при кольцевании и в 1,6 раза при использовании прищипки побегов. Меньшая отзывчивость - у гибридов межвидово-
го европейско-американского происхождения (Кишмиш новочеркасский и Русбол), наблюдается увеличение результативного признака в ] ,0 и 1,4 раза соответственно. У сорта Кишмиш лучистый (V. vinifera L.) отсутствует влияние изучаемого фактора на отклик.

Таблица 1
Жизнеспособность пыльцы (%) бессемянных сортов винограда в зависимости от проведенных операций с зелеными частями куста, 2002-2004 гг.

* Различия между вариантом опыта и контролем существенны с вероятностью > 95 %.
** Случай неоднородных дисперсий. Применение дисперсионного анализа необоснованно.
Результаты биометрического анализа трехлетних данных по обработке соцветий сорта Русбол фиторегуляторами эмистим и симбионта в период за две недели до начала цветения говорят о следующем (таблица 2). Несмотря на существенное увеличение жизнеспособности пыльцы при обработке регулятором роста эмистим в концентрациях 10~6 и 10~8%, влияние этого фактора на результативный признак отсутствует. При обработке репродуктивной сферы этого сорта регулятором роста симбионта статистически достоверных различий по сравнению с контролем не наблюдается. У сорта Кишмиш новочеркасский существенное повышение жизнеспособности мужского гаметофита наблюдается при опрыскивании эмистимом только в концентрации 10 10 % и симбионтой в концентрации 0,1 мл/л.

Жизнеспособность пыльцы (%) бессемянных сортов в зависимости от обработ ки регуляторами роста в период за две недели до начала цветения, 2002-2004 гг.

* Различия между вариантом опыта и контролем существенны с вероятностью > 95 %.
** Случай неоднородных дисперсий. Применение дисперсионного анализа необоснованно.
Обработка сорта Русбол регулятором роста симбионта в стадию массового цветения за 1-2 дня до сбора пыльцы оказала более существенное влияние на повышение жизнеспособности, нежели аналогичная обработка за две недели до цветения (таблица 3). Достоверные различия по сравнению с контролем наблюдаются при использовании этого регулятора в концентрациях 0,100 и 0,025 мл/л (увеличение результативного признака в 1,7 раза).
Применение гиббереллина в концентрации 50 мг/л не оказало значимого эффекта на повышение жизнеспособности пыльцы. Однако использование регуляторов роста никфан (0,5 мл/л) и партенокарпин (1 мл/л) с вероятностью > 95 % увеличило значения изучаемого показателя более чем в два раза (80,9 ± 6,9 и 83,5 ±4,1 % соответственно; контроль 37,6 ± 5,4 %).
Жизнеспособность пыльцы (%) сорта Русбол в зависимости от обработки регуляторами роста в начале массового цветении, 2002-2004 гг.

* Различия между вариантом опыта и контролем существенны с вероятностью > 95 %.
Данные опытов по хранению показали, что собранная пыльца бессемянных сортов Русбол, Кишмиш лучистый, Einset seedless и Glenora в условиях комнатной температуры (25-29 °С) сохраняет свою жизнеспособность в течение 2-5 дней, а в тех же условиях, но помещенная в эксикатор с СаС12, не более 5-10 дней. Хранение в течение шести месяцев пыльцы бессемянных и семенных сортов при температуре 4 °С показало, что жизнеспособные пыльцевые зерна сохранились только у сортов Русбол и Кишмиш новочеркасский.
После шести месяцев хранения при температуре минус 14 °С сохранение жизнеспособности мужских гамет наблюдалось у всех исследуемых сортов. Минимальное снижение жизнеспособности отмечено у сортов Молдова, Русбол и Einset seedless (в 1,3; 1,6 и 1,9 раза соответственно); максимальное - у сортов Кишмиш лучистый (в 5,7 раза) и Изабелла (в 14,4 раза). Как между сортами различных эколого- географических групп, так и между бессемянными и семенными сортами не установлено какой-либо закономерности в отношении изменения изучаемого показателя.

Жизнеспособность пыльцы бессемянных и семенных сортов винограда через шесть месяцев хранения при температуре 4 и минус 14 °С в эксикаторе с СаС12, 2002-2004 гг.

Различия с вариантом хранения при 4 °С существенны с вероятностью > 95 %.
Определение жизнеспособности пыльцы через один год хранения при температуре 4 °С показало полное отсутствие прорастания пыльцевых зерен, а у пыльцы, хранившейся при температуре минус 14 °С - единичное прорастание мужских гамет. Искусственное опыление в 2003-2004 гг. материнских соцветий пыльцой, хранившейся в течение одного года в эксикаторе с СаС12 при температуре минус 14 °С, позволило выявить, что, несмотря на отсутствие прорастания in vitro, она в единичных случаях все же сохраняет способность к нормальному оплодотворению (полноценное опыление соцветий).
ВЫВОДЫ:
1. Использование в 2002-2004 гг. таких операций с зелеными частями куста, как кольцевание и прищипка плодовых побегов за 5-6 дней до начала цветения, повысило жизнеспособность пыльцы бессемянных сортов Русбол, Einset seedless и Glenora. Применение данных операций на побегах сорта Кишмиш новочеркасский также увеличило жизнеспособность мужских гамет, хотя влияние этого фактора на изменчивость результативного признака не подвергалось дисперсионному анализу. Более сильный эффект был получен в результате прищипывания верхушек побегов. Учитывая это обстоятельство, а также то, что в отличие от кольцевания побегов прищипка является менее трудоемкой операцией и не наносит вреда виноградной лозе, целесообразно использовать данный технологический прием для повышения жизнеспособности мужского гаметофита исследуемых бессемянных сортов.

1. Для повышения жизнеспособности пыльцы сорта Кишмиш новочеркасский можно применять опрыскивание соцветий за две недели до цветения регуляторами роста эмистим (10 10 %) и симбионта (0,1 мл/л). Обработка за две недели до цветения репродуктивной сферы сорта Русбол этими регуляторами в изученных концентрациях не оказала достоверного влияния на увеличение жизнеспособности пыльцы. Сравнительно больший эффект применения препарата симбионта на данном сорте отмечается при обработке в стадию массового цветения в концентрациях 0,1 и 0,025 мл/л. Выявлена целесообразность обработки мужского гаметофита во время массового цветения сорта Русбол регуляторами роста никфан (0,5 мл/л) и партенокарпин (1 мл/л). Необходимо дальнейшее изучение влияния различных концентраций этих регуляторов на жизнеспособность пыльцы бессемянных сортов и форм винограда.
2. Изолированная пыльца изучаемых бессемянных сортов при температуре воздуха 25-29 °С сохраняет способность к прорастанию in vitro в течение 2-5 дней, а при помещении в эксикатор с хлористым кальцием - в течение 5-10 дней. При снижении температуры до 4 °С возможно сохранение жизнеспособности пыльцы отдельных сортов до шести месяцев; при температуре минус 14 °С наблюдается существенно больший процент ее жизнеспособности по сравнению с пыльцой, хранившейся при 4 °С. Факт образования полноценных гроздей при опылении материнских соцветий пыльцой, хранившейся один год при температуре минус 14 °С, указывает на то, что при благоприятных условиях она может быть способна к нормальному оплодотворению.

Литература

1. Айвазян П.К., Докучаев Е.Н. Селекция виноградной лозы. - Киев: Изд-во Акад. с.-х. наук УССР, 1960. - С. 226-229.
2. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. - М.: Колос, 1970. - С. 177-190.
3. Атлас по эмбриологии винограда / Л.М. Якимов, А.И. Литвак, Ю.Г. Балан, Т В. Малтабар. - Кишинев: ШТИИНЦА, 1977. - 163 с.
4. Литвак А.И. Люминесцентная макро- и микроскопия в исследованиях плодовых культур и винограда. - Кишинев: ШТИИНЦА, 1978. - С. 40-73.
5. Менчер А.Я., Земшман Э.М. Основы планирования эксперимента с элементами математической статистики в исследованиях по виноградарству. - Кишинев: ШТИИНЦА, 1986. - 237 с.
6. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере / Под ред. В.Э. Фигурнова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ИНФРА-М, 2003. - 544 с.

По материалам конференции: Современные достижения биотехнологии в виноградарстве и других отраслях сельского хозяйства, Новочеркасск, 29-30 июня 2005 г. / ГНУ ВНИИВиВ им. Я.И. Потапенко.