CC BY
71
УДК 633.81:581.162.41
ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ И ФЕРТИЛЬНОСТЬ ПЫЛЬЦЫ НИГЕЛЛЫ ПОСЕВНОЙ (NIGELLA SATIVA L.) И НИГЕЛЛЫ ДАМАССКОЙ (NIGELLA DAMASCENA L.)
А. Л. ИСАКОВА, А. В. ИСАКОВ
УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», г. Горки, Беларусь, 213407, e-mail: isakov121@rambler.ru isakova-nastya@rambler.ru
(Поступила в редакцию 12.09.2017)
Нигелла (Ranunculaceae Juss.) - перспективная нетрадиционная культура, обладающая эфирномасличными, медоносными и лекарственными свойствами. Практические исследования показывают, что возделывание нигеллы возможно в условиях Беларуси, однако, нестабильные погодные условия в разные годы не могут гарантировать ежегодное получение качественных высоких урожаев. Поэтому актуальным направлением работы с данной культурой является создание сортов, адаптированных к условиям произрастания в Республике Беларусь. Актуальность исследований обусловлена необходимостью разработки методик селекции нигеллы в условиях Республики. Гибридизация является классическим доступным и эффективным методом создания новых сортов и гибридов для перекрестноопыляющихся растений. Использование метода гибридизации предполагает изучение вопросов жизнеспособности и фертильности пыльцы для определения оптимальных сроков опыления, что позволит более эффективно использовать данный метод в селекции нигеллы. В результате проведенных исследований, у пыльцевых зерен, пророщенных на питательной среде (30 %-й раствор сахарозы + 0,003 %-й раствор борной кислоты), уже спустя 1-1,5 часа после помещения на искусственную среду наблюдался интенсивный рост пыльцевых трубок. В среднем жизнеспособность пыльцы в образцах оказалась на уровне 92,5 % и более у нигеллы посевной и на уровне 88,2 % у нигеллы дамасской. Установлено, что пыльца как свежесобранная, так и хранившаяся в течение двух суток при температуре 3-5 °С жизнеспособна и фертильна. Полученные результаты исследований позволяют нам рекомендовать к использованию питательную среду, в состав которой входит 30 %-й раствор сахарозы и 0,003 %-й раствор борной кислоты для изучения жизнеспособности пыльцы различных форм нигеллы посевной и нигеллы дамасской.
Ключевые слова: нигелла, жизнеспособность, фертильность, гибридизация, опыление, селекция, ароматические культуры.
Nigella (Ranunculaceae Juss.) is a promising non-traditional crop, which has essential-oil, honey and medicinal properties. Practical studies show that cultivation of nigella is possible in Belarus, however, unstable weather conditions in different years cannot guarantee the annual receipt of high-quality big yields. Therefore, the actual direction of work with this crop is the creation of varieties adapted to the conditions of growth in the Republic of Belarus. The relevance of research is due to the need to develop methods for breeding nigella in the Republic. Hybridization is a classic affordable and effective method of creating new varieties and hybrids for cross-pollinating plants. Using the method of hybridization involves studying the issues of viability and fertility ofpollen to determine the optimal timing of pollination, which will make it possible to use this method more effectively in the selection of ni-gella. As a result of the studies, in pollen grains sprouted on nutrient medium (30% sucrose solution + 0.003% solution of boric acid), an intensive growth of pollen tubes was observed after 1-1.5 hours after placement on an artificial medium. On average, the viability of pollen in the samples was 92.5% or more in the sown nigella and at 88.2% in the Damascus nigella. We have established that the pollen is viable and fertile, when it is both freshly collected, and stored for two days at a temperature of 3-5 ° C. The obtained research results allow us to recommend a nutrient medium containing 30% sucrose solution and 0.003% solution of boric acid to study the viability ofpollen of various forms of sown nigella and nigella Damascus.
Key words: nigella, viability, fertility, hybridization, pollination, selection, aromatic crops.
Введение
Нигелла - травянистое растение семейства Лютиковые (Ranunculaceae Juss.), обладающее эфирномасличными, медоносными и лекарственными свойствами, достаточно широко распространена в странах Востока и Южной Европы, на Кавказе, в Средней Азии. Из-за высокого спроса на масло семян нигеллы, которое обладает широким спектром лекарственных свойств, культура стала возделываться в США и странах западной Европы. Кроме того, распространенность нигеллы не ограничивается ее лекарственными свойствами, так как семена используются в пищу в качестве пряности, масло является естественным ароматизатором и ценится в косметологии благодаря высокому содержанию эфирных масел, а само растение обладает оригинальными эстетическими признаками и используется в декоративном садоводстве [2, 4, 7]. Однако несмотря на то, что это растение обладает огромным разнообразием хозяйственно-полезных свойств, еу репродуктивные особенности в условиях Беларуси не изучены.
Завязываемость плодов напрямую зависит от жизнеспособности пыльцы. Определение качества пыльцы растений, вступающих в фазу плодоношения, позволяет судить об их репродуктивных особенностях и адаптации к условиям произрастания. Показатели жизнеспособности пыльцы имеют решающее значение для прогнозирования качества семенной продукции и при проведении работ по гибридизации самонесовместимых растений. Большое значение для селекционера имеет возможность предварительного определения степени жизнеспособности используемой в его работе пыльцы.
Поэтому актуальность исследований обусловлена необходимостью изучения жизнеспособности и фертильности пыльцы нигеллы в условиях Беларуси для дальнейшего использования этих знаний при проведении внутривидовой и отдаленной гибридизации.
Цель исследований - изучение жизнеспособности и фертильности пыльцы нигеллы посевной и нигеллы дамасской в условиях северо-востока Беларуси.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: подобрать оптимальную искусственную питательную среду для проращивания пыльцы; установить временной интервал прорастания пыльцевых зерен; установить жизнеспособность, фертильность собранной пыльцы при разных сроках еу хранения (свежесобранной, 3-, 6-часовой, сутки и двое суток хранения).
Основная часть
Исследования проводились на кафедре плодоовощеводства УО БГСХА в 2014-2015 гг. Объектами исследований являлись образцы нигеллы посевной и нигеллы дамасской, полученные из ННЦ РАН «Никитский ботанический сад», Республики Крым.
Для оценки качества пыльцы было проведено определение фертильности (оплодотворяющей способности) и жизнеспособности (способности мужского гаметофита к росту на соответствующих тканях пестика) пыльцевых зерен, используемых при принудительном скрещивании. Пыльцу собирали в период массового цветения растений нигеллы. Определение жизнеспособности пыльцы проводили по методу Б. А. Транковского, производя подсчет количества проросших пыльцевых зерен на искусственных средах (1) - 15 %-й раствор сахарозы + 0,003 %-й раствор борной кислоты (контроль) [3]; 2) -30 %-й раствор сахарозы + 0,003 %-й раствор борной кислоты), которую готовили небольшими порциями и использовали только свежей. Наносили две капли среды внутрь чашек Петри, в которые высевали исследуемую пыльцу, после чего чашки Петри переворачивали, предварительно для увлажнения на дно чашки укладывали смоченную водой фильтровальную бумагу, т. е. прорастание пыльцы осуществлялось в «висячей капле». Температура в термостате поддерживалась 25-28 °С, прорастание пыльцевых зерен наблюдалось через 1-3 часа. С помощью микроскопа BLM-270 LCD при увеличении 400 проводили подсчет проросших и не проросших пыльцевых зерен. Процент проросших пыльцевых зерен определялся не менее чем в трехкратной повторности, в 10 полях зрения [1, 6].
Фертильность пыльцы изучали йодным методом (смешивали пыльцу нигеллы разных сроков хранения с каплей 0,5 % спиртового раствора йода). Подсчет окрашенных пыльцевых зерен проводили в трехкратной повторности в 10 полях зрения. Фертильные пыльцевые зерна выделяли по интенсивной окраске красителем, стерильные - по слабой окраске или ее отсутствию [6]. Анализ жизнеспособности пыльцы предполагает подсчет количества проросших и непроросших на искусственной среде пыльцевых зерен (рис. 1). Установлено, что в образцах пыльцы, пророщенных на питательной среде (15 %-й раствор сахарозы + 0,003 %-й раствор борной кислоты) как свежесобранной, так и хранившейся в течение 3, 6 часов, суток и двое суток, в среднем, рост пыльцевых трубок был отмечен не более чем у 31 % пыльцевых зерен нигеллы посевной и не более чем у 39 % нигеллы дамасской (табл. 1.)
Таблица 1. Жизнеспособность пыльцы нигеллы посевной и нигеллы дамасской (среднее за 2014-2015 гг.)
Вариант питательной среды Сроки хранения пыльцы Количество пыльцевых зерен, шт.
всего, шт. | проросших, шт. | % | непроросших, шт. | %
Нигелла посевная (Nigella sativa L.)
15 %-й раствор сахарозы + 0,003 %-й раствор борной кислоты свежесобранная 350 115 32,8 235 67,2
3 часа 320 102 31,9 218 68,1
6 часов 287 86 30,0 201 70,0
1 день 300 92 30,6 208 69,4
2 дня 300 87 29,0 213 71,0
Хер. 31,0 69,1
30 %-й раствор сахарозы + 0,003 %-й раствор борной кислоты свежесобранная 370 350 94,6 20 5,4
3 часа 420 395 94,0 25 6,0
6 часов 400 375 93,7 25 6,3
1 день 325 290 89,2 35 10,8
2 дня 400 364 91,0 36 9,0
Хер. 92,5 7,5
Нигелла дамасская (Nigella damascena L.)
15 %-й раствор сахарозы + 0,003 %-й раствор борной кислоты свежесобранная 400 195 48,7 205 51,3
3 часа 420 200 47,6 220 52,4
6 часов 335 115 34,2 220 65,8
1 день 320 100 31,2 220 68,8
2 дня 350 117 33,4 233 66,6
Хер. 39,0 61,0
30 %-й раствор сахарозы + 0,003 %-й раствор борной кислоты свежесобранная 325 300 92,3 25 7,7
3 часа 350 322 92,0 28 8,0
6 часов 400 357 89,2 43 10,8
1 день 350 300 85,7 50 14,3
2 дня 300 245 81,7 55 18,3
Хер. 88,2 11,8
•: • • • * • •« В <•
• * • • <• > • •• • • • • ® • « *б « . • • • . Г —Г
Рис. 1. Жизнеспособные пыльцевые зерна.
Питательная среда (30 %-й раствор сахарозы + 0,003 %-й раствор борной кислоты; а, б - нигеллы посевной, в, г - нигеллы дамасской; а, в - свежесобранная пыльца; б, г - двухсуточная пыльца
У пыльцевых зерен, пророщенных на питательной среде (30 %-й раствор сахарозы + 0,003 %-й раствор борной кислоты), уже спустя 1-1,5 часа после помещения на искусственную среду наблюдался интенсивный рост пыльцевых трубок. В среднем жизнеспособность пыльцы в данных образцах оказалась на уровне 92,5 % у нигеллы посевной и на уровне 88,2 % у нигеллы дамасской.
Подсчет количества зрелых нормально сформированных пыльцевых зерен в пыльниках, извлеченных из цветков 6-7 фазы развития [5], показал, что уровень фертильности пыльцы как свежесобранной, так и хранившейся 3, 6 часов, сутки и двое суток в ходе 2-летних наблюдений (20142015 гг.), неизменно оставался высоким и составлял в среднем более 90 % (рис. 2).
• • • • • • 4 а • • • • • • • • • • • в -
• • • • •б - • • • • г
Рис. 2. Фертильные пыльцевые зерна: а, б - нигеллы посевной; в, г - нигеллы дамасской; а, в - свежесобранная пыльца; б, г - двухсуточная пыльца
Наибольший процент завязавшихся плодов (95 %) отмечен при опылении свежесобранной пыльцой. В среднем процент завязавшихся плодов при опылении пыльцой разных сроков ее хранения находился на уровне 90 %. Результаты искусственного опыления нигеллы посевной и нигеллы дамасской в среднем за 2014-2015 гг. представлены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты искусственного опыления нигеллы за 2014-2015 гг.
Фаза развития материнского цветка Сроки хранения пыльцы, собранной из цветков отцовского растения Временной интервал Количество семян, шт. Количество плодов, шт. Завязавшиеся плоды, %
опыление свежесобранной пыльцой с 6.00 до 10.00 741 9,5 95
опыление пыльцой, собранной спустя 3 часов после сбора с 6.00 до 10.00 663 8,5 85
6-я фаза развития цветка опыление пыльцой, собранной спустя 6 часов после сбора с 6.00 до 10.00 702 9 90
опыление пыльцой, собранной спустя сутки после сбора с 6.00 до 10.00 702 9 90
опыление пыльцой, собранной спустя двое суток после сбора с 6.00 до 10.00 663 8,5 85
Заключение
Таким образом, прорастание пыльцы нигеллы посевной и нигеллы дамасской на искусственной питательной среде, содержащей 30 %-й раствор сахарозы и 0,003 %-й раствор борной кислоты, оказалось более активным, чем на питательной среде, предлагаемой в своих исследованиях И. Н. Голу-бинским (Nigella damascena - 26,8 %), что позволяют нам рекомендовать к использованию данную питательную среду для изучения жизнеспособности пыльцы различных форм нигеллы посевной и нигеллы дамасской. Установлено, что пыльца как свежесобранная, так и хранившаяся в течение двух суток при температуре 3-5 °С жизнеспособна и фертильна.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамова, З. В. Определение жизнеспособности пыльцы по методу Транковского / З. В. Абрамова, О. А. Карлин-ский // Практикум по генетике. - Л., 1974. - С. 62-64.
2. Дудченко, А. Г. Пряно-ароматические и пряно-вкусовые растения / А. Г. Дудченко, А. С. Козьяков, В. В. Кривен-ко. - К.: Наукова Думка, 1989. - 304 с.
3. Голубинский, И. Н. Биология прорастания пыльцы / И. Н. Голубинский. - К.: Наукова Думка, 1974. - 367 с.
4. Исакова, А. Л. Особенности роста и развития нигеллы дамасской (Nigella damascena) и нигеллы посевной (Nigella sativa) в условиях Беларуси / А. Л. Исакова, В. Н. Прохоров [и др.]. // Вестник БГСХА. - 2015. - № 2. - С. 60-64.
5. Исакова, А. Л. Онтогенез цветка нигеллы посевной (Nigella sativa L.) и нигеллы дамасской (Nigella damascena L.) / А. Л. Исакова, В. Н. Прохоров // Молодежь и инновации - 2015: материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых; Горки, 27-29 мая 2015 г. / БГСХА, редкол.: Саскевич П.А. [и др.]. - Ч. 1. - Горки: БГСХА, 2015. -С. 8-10.
6. Паушева, З. П. Практикум по цитологии растений / З. П. Паушева. - М: Агропромиздат, 1988. - С. 98-99.
7. Шлаш, М. Онтогенез и перспективы рационального использования чернушки посевной (Nigella sativa L.) в условиях Сирии / Всерос. науч.-исслед. ин-т растениеводства им. Н. И. Вавилова РАСХН. - Санкт-Петербург, 2004. - 18 с.
