CC BY
30
УДК 582.477.6: 581.3
ГИСТОГЕНЕЗ РЕПРОДУКТИВНЫХ СТРУКТУР МОЖЖЕВЕЛЬНИКА ОБЫКНОВЕННОГО
(JUNIPERUS COMMUNIS, CUPRESSACEAE)
М.В. Сурсо
Институт экологических проблем Севера УрО РАН 163000, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 23, e-mail: surso@iepn.ru
Описаны основные стадии (фазы) морфогенеза репродуктивных структур можжевельника. Показано, что в условиях северной подзоны тайги примордии макростробилов однозначно можно идентифицировать уже в середине июня, вскоре после «цветения». По результатам светомикроскопических исследований постоянных микротомных препаратов описаны процессы морфогенеза женских репродуктивных структур можжевельника: формирование мегаспорангия, макро-спорогенез, макрогаметофитогенез, формирование архегониальных комплексов, эмбриогенез, морфогенез наружных покровов семезачатков и формирование паренхимы «шишкоягоды». Приведены данные по микрофенологии женского репродуктивного цикла можжевельника обыкновенного в северной подзоне тайги. В условиях северной подзоны тайги зачаточные микростробилы у можжевельника внешне различимы уже к концу июня - началу июля. Окончательная гистологическая дифференциация мужских репродуктивных структур можжевельника происходит в начале следующего вегетационного периода непосредственно перед мейозом микроспороцитов и завершается формированием в микроспорангиях одноклеточных микроспор. Опыление происходит в середине июня, оплодотворение - в конце июля, примерно через 45 дней после опыления. Полный генеративный цикл можжевельника занимает 3 года. При проращивании пыльцы можжевельника in vitro традиционными методами можно проследить развитие микрогаметофита до двухклеточной стадии.
Ключевые слова: можжевельник, макростробил, интегумент, нуцеллус, макроспора, нуцеллярный тапетум нукле-арный гаметофит, клеточный гаметофит, архегоний, эмбриогенез, микростробил, опыление, микрогаметофитогенез
In article the main stages of reproductive structures morphogenesis of common juniper are described. In northern taiga the macrostrobiles primordium identification can be in middle of June, soon after "flowering". The processes of juniper morphogenesis female reproductive structures, such as megasporangium forming, macrosporogenesis, macrogametophytogenesis, arche-gonial complexes development, embryogenesis, ovule cover and "cone-berry" parenchyma forming are shown by using light microscopy methods. The data about microphenology of common juniper female generative cycle in northern taiga are given. In the conditions of northern taiga the microstrobiles primordium of a juniper are outwardly distinguishable already by the end of June - to the beginning of July. Definitive histologic differentiation of male reproductive structures of a juniper occurs in the beginning of a following vegetative period directly ahead of meiosis of microsporocytes. микроспороцитов and comes to the end with formation in a microsporangium monocelled microspores. Pollination occurs in the middle of June, fertilisation - in the end of July, approximately in 45 days after pollination. Full generative cycle of juniper occupies 3 years. At cultivation juniper pollen in vitro by traditional methods it is possible to track development of microgametophyte to a two-cellular stage.
Key words: juniper, macrostrobile, ovule, integument, nucellus, macrospore, nucellar tapetum, nuclear gametophyte, cellular gametophyte, archegone, embryogenesis, microstrobile, pollination, microgametophytogenesis
ВВЕДЕНИЕ
Знание особенностей репродуктивной биологии вида необходимо для селекционной практики, в семеноведении, при интродукции. В этом смысле можжевельник обыкновенный, произрастающий на Европейском Севере, изучен недостаточно полно. Эмбриология и репродуктивные структуры у Cupressaceae фрагментарно описываются в ряде обзоров (Козубов, 1974; Козубов и др., 1982; Тренин, 1988; Chamberlain, 1935; Singh, 1978). Морфогенезу репродуктивных структур у Juniperus L. в отечественной литературе посвящено лишь несколько статей (Александровский, 1966; 1971; Рубаник, Жеронкина, 1969). Ультраструктура архегониальных комплексов можжевельника обыкновенного исследована В.В. Трениным (Тренин, 1986). Общее описание механизма опыления у Cupressaceae дано в ряде обзоров (Doyle, 1945; Owens et al., 1998). Закономерности опыления у
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 09-04-00371-а
Cupressaceae, в том числе и для р. Juniperus L. освещались в ряде работ (Ругузов и др., 1982; Ругузов и др., 1992; Ругузова, 2004; Owens et al., 1980; Colangeli, Owens, 1990; и др.). Особенности формирования пыльцевых трубок и микрогаметогенез у Juniperus L. рассмотрены всего в нескольких работах (Ругузов и др., 1978; Duhoux, 1972; 1974; 1982; Fernando et al., 2005). Микрофенология репродуктивного цикла можжевельника обыкновенного до настоящего времени остается недостаточно изученной.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Исходный материал для анализа собран в северотаежных популяциях можжевельника (север Архангельской области). Опытные участки представляли собой места компактного произрастания можжевель-ников по опушкам (Ижемское и Беломорское лесничества Архангельского лесхоза) и в редкостойных лиственничниках (Кепинское лесничество Архангельского лесхоза). Условия освещенности и характер размещения растений благоприятствовали формиро-
ванию крон и заложению достаточного количества генеративных органов, а также успешности опыления семяпочек. Женские и мужские генеративные органы можжевельника темпорально фиксировались по Кар-нуа или в уксусном алкоголе. Периодичность фиксаций определялась стадией развития репродуктивных структур. При изготовлении постоянных микротомных препаратов осуществлялась общепринятая последовательность процедур (Паушева, 1970). Доведенные до воды микротомные срезы толщиной 8-10 мкм окрашивали ацетожелезным гематоксилином по Гейденгайну, метиловым зеленым - пиронином G или галлоцианином (Пирс, 1962; Дженсен, 1965). При необходимости окрашенные срезы дифференцировались, после чего заключались в канадский бальзам. При изучении микроспорогенеза микростробилы фиксировали в уксусном алкоголе ежедневно с начала разобщения спорогенной ткани до раскрытия микроспорангиев. Временные давленые препараты микростробилов окрашивали ацето-железным гематоксилином - хлоралгидратом по Виттману (Wittman, 1965) в течение суток или ацетокармином в течение 2-3 часов. Проращивание пыльцы in vitro осуществляли во влажных камерах в темноте при +26,5°С на 1,0%-ном агаре с добавлением 5%-ной сахарозы в течение 96 часов. Для наблюдений за делением и перемещением ядерных структур в растущих пыльцевых трубках проращивание пыльцы производили на дистиллированной воде или модифицированной минеральной среде Нигаарда (Nygaard, 1970) по методу «висячей капли», с последующим окрашиванием временных препаратов кристаллическим фиолетовым, галлоцианином, суданом-III, раствором йода в йодистом калии и другими красителями, или без окрашивания. Просмотр и фотографирование изображений выполняли при помощи лабораторного микроскопа AxioScope A1 в комплекте с цифровой фотокамерой Canon G10. Редактирование изображений производили при помощи лицензионной программы AxioVision LE Release 4.8.1.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ
ОБСУЖДЕНИЕ
У можжевельника обыкновенного примордии макростробилов закладываются в начале вегетационного периода в пазухах 3-членных мутовок хвои на побегах 2-го года жизни. Дифференциация морфологических структур макростробила начинается с его нижней части. По наблюдениям Е.С. Александровского (1971) у можжевельника обыкновенного, ин-тродуцированного в Средней Азии, зачатки макростробилов в год их заложения остаются совершенно недифференцированными. Появление зачатков семяпочек у этого вида было отмечено им здесь лишь в конце февраля следующего года, а дифференцированные на интегумент и нуцеллус семяпочки наблюдались в конце марта, уже во время «цветения». В условиях северной тайги к концу июня - началу июля почти весь объем вновь заложившихся макростробилов занимают видоизмененные чешуевидные листья, имеющие характерное строение: снаружи они покры-
ты двумя рядами мелких клеток с оптически плотной цитоплазмой (эпидермис и субэпидермальный слой). Почти весь внутренний объем этих чешуевидных листьев (особенно в их нижней, утолщенной части) занят крупными тонкостенными отмершими клетками, заполненными воздухом. Морфологическая дифференциация макростробила в это время протекает очень быстро, и уже к моменту формирования чешуевидных листьев стробила на внутренней стороне семенной чешуи, в ее нижней части, в результате трансформации одной или нескольких клеток наружного покрова или субэпидермальных слоев макроспорофилла в клетки первичного археспория и их митозов появляется меристематический бугорок (будущий нуцеллус), и кольцеобразный валик в его основании (зачаточный интегумент). Дифференциация этих зачаточных тканей приводит к образованию ортотроп-ных крассинуцеллятных семяпочек, состоящих из нуцеллуса (собственно мегаспорангия) и интегумента (покровной ткани). В условиях северной тайги семяпочки можжевельника дифференцированы на нуцел-лус и интегумент уже к началу июля. Семенные чешуи с семезачатками располагаются в самой верхней части стробила. К концу первого вегетационного периода макростробил почти полностью скрыт под чешуевидными листьями, из-под которых виднеются лишь кончики интегументов семяпочек (рис. 1, А). Микропилярные каналы семяпочек остаются открытыми на зиму. В северной подзоне тайги уже к концу июня - началу июля в семяпочках можжевельника первого года развития начинается формирование спо-рогенных тканей. В халазальной части нуцеллуса обособляются несколько клеток (будущие материнские клетки макроспор), вокруг которых начинает формироваться комплекс из нескольких концентрических слоев клеток, которые, как и сами центральные клетки, морфологически почти не отличаются от других клеток мегаспорангия. В самом начале следующего вегетационного периода (в условиях северной тайги -обычно в первых числах июня) происходит окончательная дифференциация нуцеллярного тапетума (губчатой ткани, состоящей из 2-3 концентрических слоев клеток) и его соматизация, завершается обособление материнских клеток макроспор (рис. 2, Б). Интегумент срастается с нуцеллусом лишь на 1/4 , в его базальной части. К этому времени интегумент еще не дифференцирован, и состоит из 4-6 рядов клеток. Семенные чешуи макростробила начинают разрастаться еще до опыления семяпочек, однако формирование «шишкоягоды» завершается после опыления. В период рецептации микропилярные каналы семяпочек открыты, и кончики интегументов находятся чуть выше кончиков семенных чешуй макростробила. Позднее кончики семенных чешуй трансформируются в стигматы «шишкоягоды». В условиях северной подзоны тайги мейоз материнских клеток макроспор в мегаспорангии можжевельника обычно происходит сразу после опыления (начало - середина второй декады июня). В результате редукционного деления каждого из макроспороцитов в мегаспорангии образуются комплексы из линейных тетрад (чаще триад) макроспор (рис. 1, В), из которых лишь одна, обычно
ближе других расположенная к халазе, является функциональной, остальные дегенерируют. Продукты их распада служат, по-видимому, питательной средой для формирующегося ценоцита на начальной стадии его развития. Первый митоз функциональной макроспоры является началом формирования женского га-метофита (рис. 1, Г). Деление свободных ядер цено-цита протекает синхронно, по крайней мере, на на-
чальных этапах. Постепенно эти ядра оттесняются в узкий пристенный слой цитоплазмы мегагаметофита, всю центральную часть которого занимает крупная вакуоль (рис. 1, Д). К этому времени верхушка нуцел-луса приобретает характерное строение: довольно массивное плоско-выпуклое утолщение, состоящее из мелких, интенсивно окрашивающихся на препаратах клеток (т.н. пыльцевая подушка).
иг. К а 1 I
Ж 3 и к
Рисунок 1 - Гистогенез женских репродуктивных структур и эмбриогенез можжевельника обыкновенного. А -семезачаток в год заложения; Б - гистологические структуры семезачатка перед опылением; В - триада макроспор; Г - начало париетальной ориентации свободных ядер (показаны стрелками) нуклеарного гаметофита; Д -вполне сформировавшийся нуклеарный гаметофит; Е - альвеолизация женского гаметофита; Ж - архегониаль-ный комплекс, объединенный общей обкладкой; З - начало проэмбриогенеза; И - начало раннего эмбриогенеза; К - дифференцированный эмбрион. А - первый год развития (п); Б-И - второй год развития (п+1); К - третий год развития (п+2)
С формированием нуклеарного гаметофита связано начало характерных метаморфозов тканей семеза-чатков и стробилов, прежде всего, дифференциация интегумента, интенсивное увеличение объема макростробила (рост «шишкоягоды»), лизис нуцеллярного тапетума и начало формирования спородермы. Паренхима «шишкоягоды» формируется по схизогенно-му типу: приобретает ячеистое строение и состоит из изодиаметрических клеток с многочисленными межклеточными пустотами. В периферийных слоях паренхимы сросшихся мегаспорофиллов «шишкоягоды» образуются немногочисленные, но довольно
крупные лизигенные полости, заполненные матрик-сом.
Опыление у можжевельника, как и у всех хвойных, происходит стохастически. Пыльца улавливается липкой поверхностью эксудационной жидкости, капля которой в период рецептации пульсирует на кончиках стигматов интегументов. Эта жидкость секре-тируется клетками мегаспорангия но, возможно, также интегумента и мегагаметофита (Owens et al., 1998), и служит не только для улавливания пыльцы, но и для транслокации пыльцевых зерен через микропилярный канал к нуцеллусу семяпочки (рис. 2, А).
.сш
А
Б
Рисунок 2 - Механизм опыления у Juniperus communis. А - продольный разрез женской шишки в период «цветения»; Б - вскоре после опыления (сш - стигматы «шишкоягоды»; зс - зубчатая сшивка; вк - вентиляционная камера; нц - нуцеллус). Контурные изображения воспроизведены по микрофотографиям постоянных микротомных препаратов женских шишек можжевельника
Вскоре после опыления верхушки мегаспоро-филлов срастаются краями внутренних поверхностей (рис. 2, Б). Наружные покровы «шишкоягоды» к этому времени состоят из двух слоев клеток: эпи-дермального и субэпидермального. Верхушки семенных чешуй срастаются за счет плотной «сшивки» зубчиков (выростов) клеток эпидермиса таким образом, что каждый такой зубчик одного мегаспо-рофилла входит в выемку эпидермиса смежного мегаспорофилла. При этом ядро каждой такой клетки переходит в кончик зубчика. Чуть позже происходит и смыкание микропилярного канала семяпочки за счет поперечно вытянутых (поперек оси канала) клеток поверхностных слоев интегу-мента. Эти клетки образуют в нижней части канала друг против друга два полушаровидных выроста, смыкающих микропиле. Стигматы «шишкоягоды» засыхают, их кончики обламываются и отпадают.
Вскоре же после опыления начинается и дифференциация интегумента семяпочки. Через 7-10 дней после опыления интегумент слабо дифференцирован на три слоя: наружный - экзотесту (сарко-тесту), состоящую из 2-х рядов мелких клеток, внутренний - эндотесту (паренхотесту), состоящую из 8-10 рядов тонкостенных плитчатых продольно
удлиненных клеток и средний - мезотесту (склеро-тесту), состоящую из 6-8 рядов более интенсивно окрашенных живых толстостенных клеток. В последующем внутренний (эндотеста) и, особенно, наружный (саркотеста) слои интегумента в значительной степени разрушаются, а из среднего слоя (склеротесты), в результате утолщения и отвердевания клеточных стенок и отмирания протоплазмы в основном и формируется необыкновенно твердая, каменистая семенная кожура. Формирование нук-леарного гаметофита у можжевельника в условиях северной тайги заканчивается к концу июня - началу июля. К этому времени он уже занимает значительную (не менее 2/3) часть объема мегаспорангия (рис. 1, Д).
Процесс формирования клеточных стенок в женском гаметофите протекает от его периферии к центру по альвеолярному типу (рис. 1, Е). Инициа-ли архегониев появляются еще в период формирования клеточного гаметофита, в его апикальной части. В дальнейшем они трансформируются в ар-хегониальные комплексы, состоящие обычно из 4-7 архегониев (рис. 1, Ж), объединенных общей выстилающей тканью. Инициальная клетка каждого из формирующихся архегониев делится перикли-
нально, образуя крупную нижнюю оогенную клетку, и маленькую верхнюю шейковую клетку, формирующую впоследствии шейку архегония, состоящую из одного-двух рядов клеток. Вакуолизация архегониев достигается к середине июля, а уже в конце июля происходит оплодотворение. Таким образом, оплодотворение у можжевельника происходит в тот же год, спустя примерно 45 дней после опыления. Сразу после оплодотворения зигота перемещается в нижнюю часть архегония и незамедлительно приступает к свободноядерным делениям. Морфологическая дифференциация структур семяпочки и «шишкоягоды» в это время протекает весьма динамично. К зимнему покою вновь формирующийся спорофит переходит в середине стадии раннего эмбриогенеза, когда не дифференцированные еще зародыши шаровидной формы начинают проталкиваться вторичными суспензорами в ткань заростка. Семяпочки и «шишкоягоды» можжевельника к этому времени уже почти достигают своих максимальных размеров.
В начале третьего вегетационного периода вновь возобновляется развитие эмбриональных структур, связанное сначала с общим увеличением клеточного объема эмбриона, а затем с морфологической дифференциацией его тканей. Полная морфологическая дифференциация эмбриона у можжевельника в условиях северной тайги завершается уже к середине первой декады июля (рис. 1, К), ко-
гда «шишкоягоды» все еще остаются зелеными. В зрелом зародыше различаются зародышевый корешок с остатками вторичного суспензора и архего-ниев, гипокотиль, два зародышевых листочка («семядоли») и плюмула. Хорошо развитые зародыши занимают почти весь объем коррозионной полости эндосперма. Сам эндосперм прикрыт пленкой засохшего нуцеллуса, более толстой в микропилярной части.
Р. Сарвас (8агуаБ, 1973), изучавший динамику годичных циклов развития в репродуктивной сфере хвойных в Финляндии предположил, что вся их фенологическая ритмика адаптирована к местным климатическим условиям, прежде всего, к средне-многолетним температурам воздуха. Общепринятым критерием физиологически активного тепла является сумма эффективных температур, выражаемая в градусо-днях (гр.-дн.). Пороговой считается среднесуточная температура воздуха с минимальным значением +5°С. Наступление той или иной фенофазы у данного вида в конкретной местности обусловлено суммой накопленного физиологически активного тепла, т. е. суммой эффективных температур. Несмотря на очевидную односторонность, этот критерий принимается большинством исследователей. Ниже (таблица) приводится фено-ритмика развития женских репродуктивных структур в семяпочках можжевельника в условиях северной подзоны тайги.
Таблица - Феноритмика развития женских репродуктивных структур и эмбриогенеза в семяпочках можжевельника обыкновенного в северной подзоне тайги_
Год развития семяпочки
Фаза (стадия)
Сумма эффективных температур, _град.
% от средне-многолетних значений
п
п+1
п+1 п+1
п+1
п+1 п+1
п+1
п+2 п+2
Начало обособления и дифференциации спорогенных тканей в мегаспорангии
Завершение дифференциации спорогенных тканей на комплексы макроспороцитов и нуцеллярный тапетум Мейоз в макроспороцитах, образование комплексов тетрад (триад)
Формирование нуклеарного гаметофита Альвеолизация нуклеарного гаметофита, начало формирования клеточного гаметофита и появление инициалей архего-ниев
Формирование архегониальных комплексов Оплодотворение и проэмбриогенез Начало раннего эмбриогенеза - недифференцированные эмбрионы шаровидной формы
Начало морфологической дифференциации эмбриона (поздний эмбриогенез)
Морфологически дифференцированный эмбрион_
430
243
288 300-459
577-684
715-885 900-960
960-1278
376 577
27
15
18 19-29
36-43
45-55 56-60
60-80
24
36
Наиболее динамично развитие женских репродуктивных структур можжевельника протекает в семяпочках второго года развития. Наиболее продолжительными по времени являются стадия (фаза) формирования нуклеарного гаметофита в семяпочках второго года развития (в среднем она составляет 17 дней) и стадия (фаза) позднего эмбриогенеза в семяпочках третьего года развития (около 30 дней). Продолжительность стадии раннего эмбриогенеза, с учетом зимнего покоя, составляет около 11 месяцев.
У можжевельника обыкновенного примордии микростробилов закладываются на мужских растениях в пазухах 3-членных мутовок хвои на побегах второго года жизни в год, предшествующий опылению. В условиях северной подзоны тайги зачатки микростробилов у можжевельника можно наблюдать уже в середине июня - начале июля. К концу первого вегетационного периода микростробил почти полностью скрыт под чешуевидными листьями и состоит из оси и зачаточных микроспорофиллов, которые к этому времени совер-
шенно не дифференцированы (рис. 3, А). В начале второго вегетационного периода происходит обособление и разобщение зачаточных микроспорофиллов и их гистологическая дифференциация. Инициали микроспорангиев закладываются в эпи-дермальном и субэпидермальном слоях приморди-ев микроспорофиллов. Гистологическая дифференциация микроспорангиев завершается непосредственно перед началом мейоза микроспороцитов. Стенка микроспорангия к этому времени состоит из однослойного эпидермиса, субэпидермальной ткани, также обычно состоящей из одного, реже двух рядов клеток, и однослойного тапетума (рис. 3, Б). Микроспорофиллы расположены крест-накрест (супротивно) на оси микростробила. Каждый из микроспорофиллов на нижней (абаксиальной) стороне несет от 2 до 6 микроспорангиев. Микроспорангии снабжены короткими «ножками». Микроспорогенез протекает по симультанному типу, асинхронно.
В микростробилах одного и того же мужского растения, и даже в разных микроспорангиях одного микростробила можно одновременно наблюдать разные фазы мейоза, иногда от М1 до ЛИ. Мейоз протекает без видимых отклонений от нормы. Сам мейоз весьма скоротечен. В результате мейоза мик-роспороцитов, который в условиях северной тайги чаще всего происходит в конце мая - первой декаде июня, образуются тетрады гаплоидных микроспор, объединенных общей оболочкой. Стенки клеток эпидермиса микроспорангиев к этому времени приобретают характерные подковообразные утолщения, субэпидермальная ткань и тапетум почти полностью разрушаются (рис. 3, В). Вскоре после распада тетрад, после недолгой паузы, продолжительность которой определяется погодными условиями, стенки микроспорангиев (экзотеции) разрываются и пыльца (по сути - одноклеточные микроспоры) высыпается
наружу.
А Б В
Рисунок 3 - Гистогенез мужских репродуктивных структур можжевельника. А - микростробил в год заложения (середина октября); Б - микростробил в начале второго вегетационного периода (конец мая); В - микроспорангий с созревшими микроспорами (середина июня)
Пыльцевые зерна можжевельника обыкновенного одноклеточные, т.е. по сути, являются не проросшими в микрогаметофит микроспорами. После высева на питательную среду или на воду они сбрасывают экзину. Сбрасывание экзины происходит вследствие образования гидрофильной капсулы, диаметр которой намного превышает наружный диаметр микроспоры, и давления наружной стенки капсулы на внутреннюю стенку экзины. Микроспора, заключенная лишь в тонкую внутреннюю инти-ну, после сбрасывания экзины оказывается в центре этой капсулы (рис. 4).
При проращивании пыльцы можжевельника традиционными методами развитие микрогаметофи-та можно проследить лишь до двухклеточной стадии. Начало прорастания микроспоры связано с профазой первого митоза, сроки наступления которой могут очень сильно варьировать: иногда она наблюдается уже в течение первых минут после сбрасывания экзины пыльцевого зерна, иногда лишь
на третьи сутки после высева пыльцы на питательную среду. Микроспора к этому времени приобретает слегка вытянутую (овальную) форму, или ее внешние контуры не изменяются. К моменту образования двухклеточного микрогаметофита визуально уже вполне сформировавшаяся пыльцевая трубка приобретает овальную (чаще туфелькообразную или грушевидную) форму (рис. 4). Формирование пыльцевой трубки протекает по классической схеме (РгапкИп-То^, 1999). С началом роста пыльцевой трубки вокруг ядра сифоногенной клетки осуществляется интенсивный синтез полисахаридов и липи-дов. При прорастании пыльцевого зерна в пыльцевую трубку сифоногенная клетка (клетка трубки) функционирует как клетка гаустория. В растущем кончике трубки концентрируются везикулы, содержащие прекурсоры клеточной стенки. Цитоплазма в зоне вакуолизации трубки сохраняет оптическую прозрачность, в этой же зоне остается и генеративная клетка микрогаметофита (рис. 4).
В
А
Г
Рисунок 4 - Прорастание пыльцы можжевельника in vitro: А - схема (1а - образование гидрофильной капсулы и сбрасывание экзины пыльцевого зерна; 1б - сброшенная экзина; 2 - профаза первого митоза микроспоры; 3 -анафаза; 4 - телофаза; 5-7 - образование 2-клеточного гаметофита и формирование пыльцевой трубки); Б - образование гидрофильной капсулы; В - формирование двухклеточного микрогаметофита (рядом с проросшими в микрогаметофиты микроспорами видны сброшенные оболочки пыльцевых зерен); Г - формирование и рост пыльцевых трубок
Генеративная клетка перемещается в кончик трубки непосредственно перед оплодотворением, и ее деление приводит сразу к образованию двух спермиев, которые имеют клеточные стенки и содержат большое количество органелл (Fernando et al., 2005).
ВЫВОДЫ
1. Репродуктивный цикл можжевельника обыкновенного в северной подзоне тайги составляет три года.
2. Зачатки макростробилов можно однозначно идентифицировать уже в середине июня, а в конце июня - начале июля в семяпочках первого года развития начинается формирование спороген-ных тканей.
3. Наиболее динамично развитие женских репродуктивных структур можжевельника протекает в семяпочках второго года развития. Оплодотворение происходит в конце июля, примерно через 45 дней после опыления. К зимнему покою семяпочки второго года переходят на стадии раннего эмбриогенеза.
Б
4. Полная морфологическая дифференциация эмбриона наблюдается в семяпочках третьего года развития, уже в начале июля, когда «шишкоягоды» все еще остаются зелеными.
5. В условиях северной подзоны тайги зачаточные микростробилы у можжевельника внешне различимы уже к концу июня - началу июля. Окончательная гистологическая дифференциация мужских репродуктивных структур можжевельника происходит в начале следующего вегетационного периода и завершается формированием в микроспорангиях одноклеточных микроспор.
6. Сбрасывание экзины при прорастании пыльцевого зерна можжевельника происходит в результате образования гидрофильной капсулы. При проращивании пыльцы in vitro традиционными методами можно проследить развитие микрогаме-тофита до двухклеточной стадии.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Александровский, Е.С. Причины стерильности шишкоягод арчи (видов Juniperus) при межвидовых скрещиваниях [Текст]/ Е.С. Александровский// Бот. ж. - 1966. - Т. 51. - № 9. - С. 1319-1320. Александровский, Е.С. Развитие семяпочек и микроспоро-генез у видов Juniperus [Текст]/ Е.С. Александровский// Бот. ж. - 1971. - Т. 56. - № 2. - С. 193-201. Дженсен, У. Ботаническая гистохимия [Текст]/ У. Джен-
сен; пер. с англ. - М.: Мир, 1965. - 380 с. Козубов, Г.М. Биология плодоношения хвойных на Севере
[Текст]/ Г.М. Козубов. - Л.: Наука, 1974. - 135 с. Козубов, Г.М. Репродуктивные структуры голосеменных (сравнительное описание) [Текст]/ Г.М. Козубов, В.В. Тренин, М.А. Тихова, В.П. Кондратьева. - Л.: Наука, 1982. - 104 с.
Паушева, З.П. Практикум по цитологии растений [Текст]/
З.П. Паушева. - М.: Колос, 1970. - 255 с. Пирс, Э. Гистохимия [Текст]/ Э. Пирс; пер. с англ. - М.:
ИЛ, 1962. - 964 с. Рубаник, В.Г. Развитие шишек Juniperus virginiana L. и J. communis L. в Алма-Ате [Текст]/ В.Г. Рубаник, Т.А. Жеронкина// Бот. ж. - 1969. - Т. 54. - № 3. - С. 464470.
Ругузов, И.А. Особенности формирования пыльцевых трубок и спермиев у тисовых, таксодиевых и кипарисовых [Текст]/ И.А. Ругузов, С.Н. Кузнецов// Тез. докл. 7 Всес. симпоз. по эмбриологии раст. Проблемы гамето-генеза, оплодотв. и эмбриогенеза. - Киев: Наук. думка, 1978. - Ч. 2. - С. 48-49. Ругузов, И.А. Закономерности опыления растений порядка Coniferales [Текст]/ И.А. Ругузов, Г.С. Захаренко, Л.У. Склонная// Цитолого-эмбриол. и генетико-биохим. основы опыления и оплодотв. раст. - Киев, 1982. - С. 257-259.
Ругузов, И.А. Об опылительной капле у хвойных [Текст]/ И.А. Ругузов, Л.У. Склонная, А.А. Чеботарь// Бот. ж. -1992. - Т. 77. - № 12. - С. 40-52.
Ругузова, А.И. Морфо-физиологические особенности формирования пыльцевых зерен и опыления у некоторых видов сем. Cupressaceae [Текст]/ А.И. Ругузова// Бот. ж. - 2004. - Т. 87. - № 7. - С. 1111-1121.
Тренин, В.В. Ультраструктура архегониального комплекса можжевельника [Текст]/ В.В. Тренин// Гаметогенез, оплодотворение и эмбриогенез семенных растений, папоротников и мхов. Тез. докл. IX Всесоюзн. совещ. по эмбриологии растений. Кишинев, 1-2 декабря 1986 года. - Кишинев: Штиинца. 1986. - С. 29-30.
Тренин, В.В. Введение в цитоэмбриологию хвойных [Текст]/ В.В. Тренин. - Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР, 1988. - 152 с.
Chamberlain, C.J. Gymnosperms: structure and evolution [Text]/ C.J. Chamberlain. - Chicago, 1935. - 484 p.
Colangeli A.M. The relationship between time of pollination, pollination efficiency and cone size in western redcedar (Thuja plicata) [Text]/ A.M. Colangeli, J.N. Owens// Can. J. For. Res. - 1990. - Vol 69. - P. 439-443.
Doyle, J. Developmental lines in pollination mechanisms in the Coniferales [Text]/ J. Doyle// Sci. Proc. - 1945. - Vol. 24.
- № 5. - P. 43-62.
Duhoux, E. Formation of the cell wall of the pollen tube during germination of pollen in Juniperus communis growth in vitro [Text]/ E. Duhoux// Comptes Rendus Des Seanses Hebdomadaires De L'Academie Des Sciences, France, D., 1972. - Vol. 274. - № 24. - P. 3238-3241.
Duhoux, E. The division of the reproductive cell and the release of its products in the pollen tubes of Juniperus com-munis and Cupressus arizonica [Text]/ E. Duhoux// Revue Generale De Botanique, 1974. - Vol. 81. - № 962/963/964. - P. 193-204.
Duhoux, E. Mechanism of exine rupture in hidratea taxoid type of pollen [Text]/ E. Duhoux// Grana. - 1982. - Vol. 21. -P. 1-7.
Fernando, D.D. Growth and development of conifer pollen tubes [Text]/ D.D. Fernando, M.D. Lazzaro, J.N. Owens// Sex Plant Reprod. - 2005. - Vol. 18. - P.149-162.
Franklin-Tong, V.E. Signalling and modulation of pollen tube growth [Text]/ V.E. Franklin-Tong// Plant Cell. - 1999. -Vol. 11. - P. 727-738.
Nygaard, P. Studies on the germination of pine pollen (Pinus mugo) in vitro. 2. Effects of different ions [Text]/ P. Nygaard// Physiol. Plant. - 1970. - Vol. 23. - № 2. - P. 372384.
Owens, J.N. The pollination mechanism in yellow cypress (Chamaecyparis nootkatensis) [Text]/ J.N. Owens, S. Simpson, M. Molder// Can. J. For. Res. - 1980. - Vol. 10.
- P. 564-572.
Owens, J.N. Pollination in conifers [Text]/ J.N. Owens, T. Takaso, C.J. Runions// Trends Plant Sci. - 1998. - Vol. 3.
- P. 479-485.
Sarvas, R. Investigations on the annual cycle of development of forest trees. Active period [Text]/ R. Sarvas// Commun. Inst. For. Fenn. - 1973. - Vol. 76. - № 3. - P. 1-110.
Singh, H. Embryology of Gymnosperms [Text]/ H. Singh. -Berl.-Stuttg.: Gerb. Borntraeger, 1978. - 304 p.
Wittman, W. Aceto-iron-haematoxylin-chloralhydrate for chromosome staining [Text]/ W. Wittman// Stain. Tech-nol. - 1965. - Vol. 40. - № 3. - P. 161-164.
Поступила в редакцию 1 февраля 2012 г. Принята к печати 16 мая 2013 г.
