Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности формирования и развития репродуктивной сферы Y MEDICAGO VARIA T. MARTYN, ONOBRYCHIS ARENARIA (KIT. ) DC и TRIFOLIUM PRATENSE L. в связи с семянообразованием в Молдове

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Особенности формирования и развития репродуктивной сферы Y MEDICAGO VARIA T. MARTYN, ONOBRYCHIS ARENARIA (KIT. ) DC и TRIFOLIUM PRATENSE L. в связи с семянообразованием в Молдове"

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ МОЛДОВА ИНСТИТУТ БОТАНИКИ

На правах рукописи

МАРИНЕСКУ

Марина Федоровна

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ РЕПРОДУКТИВНОЙ СФЕРЫ MED1CAGO VARIA Т. MARTYN, ONOBRYCHIS ARENARIA (KIT.) DC И TRIFOLIUM PRATENSE L. В СВЯЗИ С СЕМЯНООБРАЗОВАНИЕМ В МОЛДОВЕ

03.00.05 — ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Кишинев — 1991

Работа выполнена в Институте Ботаники Академии на) публики Молдова.

Научный руководитель:

доктор биологических наук, член-корреспондент А1 А. А. Чеботарь

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Т. Б. Батыгина кандидат биологических наук А. И. Литвак

Ведущая организация: Институт ботаники им. Н. Г. Холодного АН УССР

. со

Защита состоится » 1991 г. в час

заседании специализированного совета Д-012.01.01 по з. докторских диссертаций при Институте Ботаники АН РМ I ресу: 277018, г. Кишинев, ул. Лесная, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотек ститута Ботаники АН РМ.

Автореферат разослан « 1991 г

Ученый секретарь специализированного совета, доктор биологических наук

Ш. Г. Тс

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В плана реализации решения задач по •обеспечении населения продукцией сельского хозяйства одно из первых мест занимает проблема бесперебойного снабжения кормами сельскохозяйственных животных. Решение этой проблемы предусматривает увеличение производства кормов и выработки растительного кормового белка за счет расширения посевов и повышения урожайности кормовых трав. Основным источником высококачественных бел-ково-витаминных кормов являются бобовые травы: люцерна, эспарцет, клевер и другие.

В настоящее время посевные площади, занятые многолетними кормовыми травами, составляют в Республике Молдова более 240 тыс.га. Ведущее место в отруктуре кормового клина занимает люцерна, ее удельный вес достигает 50-60$ (Прокофьева, 1985). Значительно меньшие площади отведены под эспарцет.

Дальнейший рост посевов кормовых бобовых трав сдерживает их низкая семенная продуктивность. Несмотря на высокую потенциальную семенную продуктивность, реальная урожайность перечисленных культур не превышает 20-40$ (Иванов, 1980). Фактическая урожайность еще нижо. Особенно значителен разрыв между потенциальной и фактической семенной продуктивностью у люцерны, у которой последняя составляет всего 3-6$ (Прокофьева, 1985). Невысокий уровень и неустойчивость урожаев семян и отсутствие ясности в вопросе о причинах подобного явления требуют усиления исследований в области семянообразования. Решение проблемы не может быть достигнуто путем ввоза семян из других регионов из-за несоответствия условий среды биологическим особенностям нерайони-рованных сортов. В связи с этим возникает необходимость изуче-

.ния различных аспектов репродуктивной биологии данных культур, которое поможет выявить наиболее критические моменты, ведущие в конечном итоге к снижении семенной продуктивности.

Цель и задачи исследование Цэль настоящей работы - выявление особенностей формирования и развития репродуктивной сферы, дифференциации эмбриональных структур, особенностей биологии цветения, опыления и семянообрааования люцерны, эспарцета и клевера, а также выявление причин низкой семенной продуктивности в условиях Молдовы.

Исходя из цели поставлены следующие задачи:

а) изучить формирование и развитие мужокого гамэтофита;

б) изучить формирование и развитие женского гаыетофита;

в) провести наблюдения аа суточной и сезонной динамикой цветения;

г) изучить особенности опыления;

д) изучить процессы оплодотворения,■ развития зародыша и эндосперма;

е) провести сравнительную оценку потенциальной и реальной семенной продуктивности.

Наугад норанй Впервые для условий Молдовы прове-

дено детальное сравнительное изучение биологии цветения, опыления и семянообраэования люцерны, эспарцета и клевера. Впервые эмбриологически изучены два вида: лоцерна изменчивая ( Uedicago Varia Т. liartyn) И эспарцет пеочаный ( Onolirychie arenaria (Kit.) DC1. Изучен ряд вопросов, касающихся особенностей формирования репродуктивной оферы исследованных культур, в результате чего выявлены причины низкой вавязываемооти семян. Исследованы особенности биологии цветения, типы и способы опыления, установлен

видовой состав опылителей. Установлено наличие интегументальной эмбрионии у люцерны изменчивой и апоспории у эспарцета песчаного.

Положение, выдвигаемое для защиты. Низкая семенная продуктивность исследуемых культур обусловлена комплексом причин, эсновными из которых являются нарушения, возникающие в ходе формирования и развития женского гаметофита, а также неблаго-триятные внешние условия в Период цветения и опыления и недостаток насекомых-опылителей.

Теоретическое и практическое значение работы. Полученные фи проведении настоящего исследования оригинальные данные по-1Волили выявить особенности протекания репродуктивных процессов ' некоторых представителей кормовых бобовых трав в условиях Мольвы. Результаты исследования являются определенным вкладом в 1азработку ряда вопросов как частной эмбриологии семеПства РаЪа-ieae Lindl, так и общей эмбриологии покрытосеменных растений могут быть использованы в генетико-солекционной работе, на-равленной на повышение семенной продуктивности хозяйственно енных видов кормовых растений и выведение новых высокопродук-ивных сортов. Данные, полученные в результате изучения биоло-ии цветения, опыления и плодоношения пополняют сведения по био-эгии размножения ценных кормовых культур.

Публикация результатов исследования и апробация работы. 1териалы исследования представлены в 9 опубликованных работах, ззультаты исследования доложены и представлены на IX Всесоюз-)М совещании по эмбриологии растений (Кишинев, 1986), на У >оэде МОГиС (Кишинев, 1987), на конференции молодых ученых Бо-тического сада АН CCFM (Кишинев, 1988), на конференции моло-

б

дых ученых Башкирского НЦ АН СССР (Уфа, 1989), на Всесоюзной конференции по онтогенетике высших растений (Кишинев, 1989), на II Республиканской конференции ыолодых ученых АН ССРМ (Кишинев, 1989), на выездной сессии ОБ АН СССР (Кишинев, 1989), на XI Международном симпозиуме по эмбриологии растений (Ленинград, 1990).

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, выводов и практических рекомендаций. Содержит 7 таблиц, 16 графиков, <5 рисунков, 135 микро- и 86 макрофотографий. Список литературы включает 296 источников, в том числе 63 иностранных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ PAEÜTU Обзор литературы

Разносторонние исследования семейства РаЪисе&е Lindl, ведутся на протяжении.многих лет учеными всего мира, при этом одним из ведущих направлений является изучение биологичеоких особенностей роста и развития многолетних кормовых трав. Значительное место в этих исследованиях отведено изучению биологии цветения, опыления и плодоношения представителей данного семейства, в том числе, люцерны, эспарцета и клевера (Коперминский, 1956; Пономарев, 1954, 1975; Благовещенская, 1968} Иаринов, 1977, 1984 Richarde , 1984; Нарматйв, 1988 и др.). Тем не менее, существует ряд вопросов, касающихся различных аспектов биологии цветения, опыления и плодоношения, в том числе строения цветка и его элементов, динамики цветения и опыления, влияния различных экологических' факторов на данные процеосы, семянообразования в связи о различными способами опыления, которце нуждаются в дополни-

льной разработке.

Определеннее внимание уделено также цитозмбриологическим следованиям представителей семейства ГаЪасеае . Изучению мик-спорогснеза некоторых видов люцерны, эспарцета и клевера по-ящены работы G.Hindmarsh (1964), Н.М.Чубирко (1965), Д.П.Тер-йски (1970), В.М.Нам (1973), Р.У.КадыровоЯ (1974), Б.А.Нарма-ва (1977,1960). Макроспорогенез и развитие-женского гамотофи-изучали D.C.Cooper (1935), Л.Г.Маркова (1944), З.Кгирко Э73), Р.У.Кадырова (1974), Л.И.Орел и др. (1985), Б.Л.Нарма-з (1973,1988). Процессы оплодотворения, развития зародыша и т,осперма освещены а работах D.C.Cooper (1935), n.Souegeo 553), В.М.Нам (1971), s.Krupko (1973), В.Л.Верещагиной, Н.Л. шсншсовой (1990).

Анализ литературных данных показал, что несмотря на обгпир-) исследования, посвященные изучении биологии развития, биоло-[ цветения, опыления, плодообразования, ангиологии различных детавителеЗ бобовых, в целом семейство, учитывая его значи-ьиуго численность и многообразна, изучено недостаточно. Поэто-изучение каждого нового шща представляет несомненный инте-

Данные по биологии цветения, опыления и семянообразования OD Medicago varin и Onobrychin arenarln ДОВОЛЬНО фрагменты, п эмбриологическом отношении эти виды совершенно tie пзу-j и литературные данные по этому вопросу отсутствуют. Что зется клевера ( T.pratenso ), то изучение в нетипичных для возделывания условиях представляет интерес в связи с вопро-i особенностей роста и развития растений, сроками заложения >рмирования генеративных органов и темпами протекания осноз-пмбриологических процессов. Представляет также интерес изу-

пение упомянутых выше вопросов для всех трех видов применительно к конкретным природно-климатическим условиям Молдовы.

Материал и методика исследования

В качёстве объектов исследования были взяты растения многолетних кормовых трав сем. РаЪасеае Ilndl.: lîedioago varia T. líartyn (сорт Межотненская), Onobryohie arenaria (Kit.) DC (сорт Песчаный 1251), Trifolium pratense I. (сорт ВИК-7).

Фенологические наблюдения, сбор и фиксацию материала проводили на экспериментальном участке лаборатории эмбриологии и анатомии растений Института Ботаники Ail FM и в учхозе КСХИ им. М.В.Фрунзе "КетросьГ в течение вегетационных сезонов 1985-1989гг При проведении фенонаблццений использовали методические указания ВИР (1975) и ВНИИ кормов (1903).

Наблюдения по биологии цветения проводили согласно методическим указаниям ВНИИ кормов (I9QÖ) и методике А.Н.Пономарева (I960). Результаты наблюдений предстаьлены в виде графиков и таблиц.

Численность, видовой состав и динамику лета насекомых-опылителей определяли по методическим указаниям ВНИИ кормов (1986) и методике А.Н.Пономарева (1950,1975) с последующей идентификацией в лаборатории экологии опылителей Института зоологии АН FM.

Учет семенной продуктивнооти проводили по методике ГШ АН СССР (1980).

Микроскопические исследования осуществляли на постоянных микротомных и временных препаратах по общепринятой цитоэмбрио-логической методике (Прозина, I960; Чеботарь, I9Ô5; Паушева, Ï980). Фертильность пыльцевых зерен определяли ацетокарминовым

У

методом, жизнеспособность пыльцы - по методу Д.А.Транковского (Паушева, 1900). Изучение пыльцеобразовательиой способности растений проводили по методике Н.И.Савченко (I9G0). Фертильность земяпочек и зародышевых мешков определяли согласно методическим указаниям ВИР (1988).

фиксацию разновозрастных бутонов, цветков и завязей прово-1или фиксаторами Навашина (10:4:1), Карнуа (6:3:1) и его модифи-сацией (3:1). Толщина срезов 7-20 мкм. Препараты окрашивали ге-[атоксилином по Гейденгайну, оснбвным фуксином по Модилевскому.

Препараты изучали при помощи микроскопов HBI-I5, Биолам-И. ■исунки выполнены рисовальными аппаратами РА-4 и РА-7, микрофо-ографии - микрофотонасадками ФКМ-I и Mffl-II. Бутоны, цветок и го основные элементы изучали при помощи МВС-2, фотографировали икрофотонасадкой МФН-5.

Мшсроспорогенез и развитие мужского гаметофита

Все изучаемые представители принадлежат сем. Pabaceae, эдсемейству Paboideae , поэтому процессы, связанные с формиро-шиом и развитием мужского гаметофита обнаруживают определен-зо сходство.

Микроспорангии формируются по двудольному типу ( Davis, )66). По классификации, предложенной Т.Б.Батыгиной и др.(1963), |рмирование пыльников проходит по III типу (Umbelllferae ; На-пввоп, 1923).

Заложение тычиночных бугорков происходит в молодых бутонах, змеры которых у всох исследованных видов составляют 0,1-0,2 мм. мере увеличения размеров бутона начинается дифференциация тынки. Заложение первичного археспория происходит в субэпидер-

де

ыальном слое. Развитие стенки пыльника протекает по двудольном типу. Плетки первичного археспор!Ш делятся периклинально, обра эуя спорогенные клетки и клетки париетального слоя. Дальнейшее деление клеток париетального слоя приводит к образованию трех слоев стенки пыльника: фиброзного, среднего и клеток тапетума. Тапетуы однослойный, секреторного типа, клетки его одно-, редк двухядерние. На стадии зрелой пыльцы стенка пыльника представл ет собой слой разросшихся, с фиброзными утолщениями клеток онд теция и уплощенных клеток эпидермиса.

После завершения образования четырехслойной стенки пыльни ка деление спорогенных клеток прекращается и с этого момента они становится материнскими клетками микроспор.

Мейоз в основном протекает нормально. Расположение мета-фазных веретен во время второго деления майоза взаимно-перпен-дшсулярное, однако может бить и параллельным. Заложение клеточ них перегородок между образовавшимися ядрами симультанное. Расположение микроспор в тетрадах тетраэдральное, режа крестообра: ное. Формирование интины происходит после образования экзины. Сформированная экзина отмечена к началу первого митоза.

Первое деление при образовании мужского грметофита протеш ет обычно нормально. Результатом его является образование двух клеток различной величины: меньшей - генеративной и большей ~ вегетативной. Размеры генеративной клетки составляют для люцерны и клевера - 16,8 мкм, для эспарцета - ^3,8 мкм. Зрзлая пыльца обычно двухклеточная, однако у эспарцета наблюдали единичные случаи деления генеративной клетки в пыльцевом зерне.

Двухклеточные пыльцевые зерна можно наблюдать в бутонах размером 1,5-2,0 мм. Зрелые пыльцевые зерна эспарцета удлиненно-овальной формы, трехбороздноапертурные, одиночные. Форма

пыльцевых зерен люцерны округлая, клевера - субовальная. Обычно они трехбороэдноапортурнш, но иногда встречаются чотнрохпсропне.

Процесс образования мужского гаметофита отличается большей или меньшей степенью синхронности протекания основных стадий. Ранние стадии мейоза отличаются синхронностью, однако со стадии диакинеза синхронность нарушается. Лсинхронность в дальнейшем развитии микроспороцитов отмечена в разных пыльниках бутона, разных гнездах пыльника, реже в пределах одного гнезда.

Количество пыльцевых зорен в одном пыльнике составляет у клевера - от 600 до 1000 шт., у люцерны - 700-1200 шт., у эспарцета - 1300—1800 шт.

Фертильность пыльцы варьирует в пределах 52-66$ у люцерны, 63-92% у клевера и 92-97* у эспарцета.

Прорастание пыльцы происходит при попадании ее на рыльце пестика или посеве на искусственную питательную среду. Оптимальным составом питательной среды для прорастания пыльцы является: 15-20?' раствор сахарозы + 1% агар-агар - для люцорны, 20-253 р-р сахарозы + I% агар-агар - для эспарцета и 25!» р-р сахарозы + 1% агар-агар - для клевера. Процент прорастания составляет соответственно: 67-69, 67-75 и 68-91.

Установлено, что для прорастания пыльцевых зерен в естест-зенных условиях оптимальней являются температура воздуха 26-28°С i относительная влажность воздуха 35-45*.

Для всех видов характерен моносифонный тип прорастания пи-1Ьцевой трубки. Однако на искусственной среде у эспарцета отме-гены случаи образования двух пыльцевых трубок. На некоторых ва-шантах питательной среды наблюдали ветвление пыльцевых трубок 1 люцерны и клевера.

Деление генеративной клетки и образование спермиев происхо-

дит в пыльцевой трубке. На искусственной среде спермин обнаруживается в пыльцевых трубках длиной 110-120 мкм. Образование сперыиев протекает без нарушений. Размеры сцермиев составляют: от 5,5-7,0 х 2 мкм у "клевера до 12,0-15,0 х 2,5 мкм у эспарцета и люцерны. "

На фоне общего нормального протекания микроспорогенеза и формирования мужского гамэтофита отмечены отдельные нарушения: отставание и забегание хромосом в анафазе I (у всех видов), образование хромосомных мостов у люцерны, задержка и остановка развития микроспор на ранних стадиях мейоза у люцерны, дегенерация одной и более микроспор в тетрадах клевера и люцерны. Спонтанно возникающие аномалии мейоза, проявляющиеся в неравномерном расхождении хромосом к полюсам, приводят к образованию триад, аномальных тетрад, пентад. В дальнейшем все перечисленные отклонения в формировании микроспор приводят к образованию аномальных пильцевых верен и к онижению фертильности пыльцы.

Результаты изучения основных этапов микроспорогенеза у всех трех видов указывают' на их сходные черты и признаки, многие из которых являются общими Для сем, УаЪасеае и имеют систематическое значение. Отмечено однако, что для исследованных культур характерен ряд особенностей, такта как: асинхронность в ходе микроспорогенеза и формирования мужского геметофита, образование трехклеточной и чвтырахбороздноапертурной пыльцы.

Установлено, что в природно-климатических условиях Молдовы у изученных ввдор основная масса образовавшейся пыльцы является вцолнв нормальной. Однако под влиянием различных неблагоприятных внешних факторов, в частности погодных условий с резкими колебаниями и чрезмерным повышением или понижением температуры и влажности воздуха, нормальное развитие микроспор нарушается, что при-

водит н образовании разнокачественной, а также стерильной пыльцы. Увеличение процента стерильных пыльцевых зерен, в своп очередь, в определенной мере оказывает влияние на семянообразование исследуемых культур.

Макроспорогенеэ и развитие женского гаметофита

Завязь у исследованных видов образована одним плодолистиком. В одногнеэдной завязи формируется у эспарцета I, редко 2 семяпочки, у клевера - 2 семяпочки, у люцерны - 8-12 семяпочек. Сформированная семяпочка люцерны и эспарцета кампилотропная, двупокровная, крассинуцеллятная, клевера - кампилотропная, дяу-покровная, тенуинуцелллтная. Внутренний интегумент 2-3-слойныЙ, внешний - 3-5-слойныА, особенно массивный-в микропилярной части. В формировании микропиле принимают участие оба интегумента. Клетки внутреннего интегумента, прилегающие к нуцеллусу, представляют собой типичный интегументальный тапетум, хорошо выраженный у всех трех видов.

Нуцеллярная ткань семяпочки ко времени образования зрелого зародышевого мешка почти полностью разрушается. Исключение составляют нуцеллярный колпачок в микропилярной части (у эспарцета и клевера) и остатки нуцеллярной ткани в халазальной части семяпочки.

Для всех трех видов характерен многоклеточный археспорий. У эспарцета закладывается 3 и более археспориальНих клеток, у клевера - 2-6, у люцерны - 3-6. В мейоз вступает одна или несколько археспориальных клеток. Материнской клеткой макроспор у эспарцета и клевера как правило становится одна археспориальная клетка. Однако у клевера, а также люцерны, не исключено развитие 2-3 макроспороцитов, в результате чего образуется 2-3 тетрады.

Результатом мейотического деления является линейная тетрада макроспор. Начало зародышевому мешку дает обычно халазальная (у клевера) и эпихалазальная (у люцерны и эспарцета) макроспора.

В результате после,дующих делений образуется восьмиядерный зародышевый мешок. Дальнейшие дифференциация и развитие приводят к возникновению моноспорического семиклеточного зародышевого мешка Ро1у£опшп- типа.

Основными элементами дифференцированного зародышевого мешка являются яйцевой аппарат, состоящий из яйцеклетки и синергид, центральная клетка с полярными ядрами и антиподы. Яйцеклетка несколько крупнее синергид, размеры ее составляют 43,0 х 22,0 мкм. Синергиды снабжены1крючковидными и клювовидными выростами и нитчатым аппаратом. Центральная клетка вытянутая, слегка изогнутая, с крупной центральной вакуолью и двумя свободными полярными ядрами, которые у всех трех видов сливаются до оплодотворения. Антиподы у изученных видов отличаются различной продолжительностью жизни. У клевера они эфемерны, у люцерны следы их можно наблюдать на стадии зрелого зародышевого мешка. Дольше всего сохраняются антиподы у эспарцета, следы их можно наблюдать на стадии двухклеточного проэмбрио. У эспарцета отмечены случаи образования более 3 антипод (4-5).

Семяпочка и зародышевый мешок полностью сформированы еще до момента раскрывания цветка.

Установлено, что в нормально развивающихся семяпочках процессу дегенерации подвержены дополнительные археспориальние клетки, три макроспоры, клетки нуцеллуса. В стерильных семяпочках в процесс дегенерации вовлекаются все клетки археспория, на более поздних стадиях дегенерируют все клетки тетрады макроспор, прекращение формирования гаметофита может происходить практичес-

ки на всех этапах его развития. Результатом стерилизации является осыпание бутонов и цветков. Проведенные исследования показали, что при наличии в завязи люцерны 40-505? стерильных семяпочек бутон почти во всех случаях усыхает и опадает. Процент таких бутонов для люцерны составляет 18,1. У эспарцета опадение бутонов достигает 8,7$. У клевера подобное явление на наблюдается в связи с характерным плотным расположением цветков в соцветии. Процент бутонов со стерильными семяпочками в соцветии клевера невисок (4%).

Таким образом, изучение развития женского гаметофита дало возможность выявить ряд признаков, общих для семейства, а также установить некоторые причини, влияющие на снижение семянообразо-вания.

Наряду с нормальным прохождением макроспорогенеза и формированием зародышевого мешка, отмечен ряд нарушений, возникающих под влиянием различных факторов, в том числе естественных (неблагоприятных погодных условий), с резкими понижениями или повышениями температуры и влажности воздуха. Результатом подобных нарушений является дегенерация зародышевых мешков и семяпочек, ведущая к снижении фертильности растений. И хотя женский гамето-фит подвергается стерилизации в меньшой степени, чем мужской, что объясняется большей защищенностью его от прямого воздействия неблагоприятных условий, стерильность женского гаметофита все-таки тлеет место, и именно она оказывает существенное влияние на снижение семеннои продуктивности, а в ряде случаев является одной из. основных ее причин.

Биология цветения и опыления

Фенологические наблюдения позволили установить, что в уело-

виях Молдовы всходы люцерны появляются на 20-28, эспарцета - на 15-20, клевера - на 15-21 день после посова. Весеннее отрастание приходится у люцерны и клевера на вторую-третыо декаду марта, у эспарцета - на первую-вторую декаду марта.

Фаза бутонизации наступает у люцерны на 45-55, у эспарцета

- на 55-65, у клевера - 58-64 день после начала весеннего отрастания. Цветение растений люцерны начинается на 57-67, эспарцета

- на 63-65, клевера - на 69-72 день. Продолжительность цветения отдельного растения люцерны составляет 30-40, эспарцета - 40-50, клевера - 35-40 дней. Цветение массива продолжается в течение 2-2,5 месяцев. Массовое цветение отмечено у люцерны на 18-20, у эспарцета - на II—17, у клевера - на 20-25 день с момента начала цветения массива. Продолжительность цветения соцветия люцерны составляет 4-8, эспарцета - II-I3, клевера - 7-II дней. Наибольшее число цветков в соцветии распускается на 2-4, 5-8 и 3-5 день после начала цветения соответственно.

Наблюдения за суточной динамикой цветения позволили установить, что цветение начинается в 7-8 часов утра. Процесс распускания цветка длится 50-60 мин. Распускание цветков продолжается в течение всего дня и заканчивается около 22 часов. Максимальное число цветков распускается в период с II до 14 часов у люцерны, с 12 до 18 - у эспарцета и с 13 до 16 - у клевера.

Все исследованные культуры являются типичными перекрестно-опыляемыми онтомофилами. Опыление производится дикими одиночными пчелами, медоносными пчелами и шмелями. При этом, в зависимости от вида растения варьирует видовой состав опылителей. Для люцерны типичными опылителями являются дикие одиночные пчелы. У эспарцета большую роль в опылении играют медоносные пчелы. Клевер в основном опыляется шмелями и дикими одиночными пчелами,

однако немаловажное значение имеют и медоносные пчелы.

Лет опылителей начинается около 8 часов утра. Максимальное количество и видовое разнообразив опылителей отмечены с II до 17 часов. Для разных культур характерны различные "пики" активности насекомых-опылителей, что, очевидно, связано как с биологическими особенностями цветения данных видов растеши, так и с различным видовым составом опылителей. Прекращение лета насекомых отмочено к 21-22 часам.

Оптимальными условиями для работы насекомых-опылителей являются: температура воздуха 22-27°С, относительная влажность воздуха 30-40$ и отсутствие сильного ветра.

Определение обеспеченности посевов в период массового цветения насекомыми-опылителями показало, что она является удовлетворительной и составляет для люцерны 55,для эспарцета -61,2$ и для клевера 65,4$.

Результаты исследования показали, что биология цветения и опыления изученных культур по многом сходны. Это связано с тем, что вое они - типичные перекрестноопыляемые энтомофилыше растения и характер их цветения, отроение цветка, несмотря на некоторые отличительные особенности, приспособлены к определенному типу опыления. Этим жа обусловлено и сходство в суточном ходе цветения и опыления. Варьирование же сроков и темпов прохождения основных фаз цветения связано с влиянием климатических факторов.

Процессы цветения и опыления у всех исследованных культур являются, одним из важнейших моментов, связанных с семянообразо-ванием. При изучении их необходимо учитывать комплексное воздействие различных факторов, влияющих на их ход: температуры воздуха, его относительной влажности, ветра, наличия опылителей. Не-

маловажное значение имеет выявление оптимальных сроков цветения, для лучшего обеспечения посевов насекомыми-опылителями.

Говоря о биологии цветения данных культур, нельзя не остановиться на вопросе, касающемся основных стадий развития цветка. В своем развитии цветок бобовых проходит ряд последовательных стадий. Постепенный, не разграничивающийся резко переход одной стадии в другую, обусловливает трудность четкого их разделения. Так, по литературным данным, в развитии цветка люцврны одни исследователи выделяли 7 стадий (ВозныЙ, 1937), другие - 8 стадий (Нам, 1973), третьи считали достаточным выделение только 4 стадий (Копержинский, 1958). Недостаток ряда предложенных схем, несмотря на кажущиеся удобство и простоту, заключается в том, что описание стадий развития не отражает хода развития пыльников и рыльца, представляющего, по нашему мнению, значительный интерес.

В развитии цветка эспарцета различают 9 стадий (Кадырова, 1974; Нарматов, 1988). В основу такого подразделения положена схема развития цветка сои, предложенная Сунь Син-дуном (1958). Авторы дополнили характеристику кавдой стадии описанием развития пыльников и рыльца.

Литературных данных относительно основных стадий развития цветка клевера нами не найдено.

Учитывая то обстоятельство, что цветки всех изученных видов"' типичного мотылькового строения и формирование их происходит однотипно, а также то, что все предложенные схемы отличаются некоторой условностью подразделния, целесообразно выбрать единую, наиболее приемлемую схему развития цветка семейства бобовых. В зависимости от индивидуальных особенностей цветка разных видов характеристика развития отдельных элементов, их формы, размеров и окраски венчика может несколько видоизменяться, что однако не

препятствует выделению основных стадий его развития. Наиболее подходящей основой для данной цели является схема развития цветка, разработанная Сунь Син-дуном (1958) для сои и модифицированная Р.У.Кадировой (1974) и Б.А.Нарматовыы (1988) для эспарцета. Применение ее при детальном описании развития цветка представляет большой интерес для проведения селекционно-семеноводческих работ.

Оплодотворение, развитие зародыша и эндосперма

Подготовка зародышевого мошка к оплодотворению заканчивается за несколько дней до начала распускания цветка. В случае совместимости, а такяе при наличии благоприятных внешних условий, пыльцевые зерна, попавшие на поверхность рыльца, начинают прорастать.

Для всех исследованных видов характерна порогамия. В зародышевый мапок входит обычно одна пыльцевая трубка, которая изливает сбоо содержимое в синергиду. Далее из синергиды один из спзрмпав направляется к ядру яйцеклетки, другой ко вторичному ядру зародышевого мешка.

В зависимости от погодных условий оплодотворение в условиях Молдовы происходит через 6-10 часов у клевера, 10-16 часов у люцерны и 14-16 часов у эспарцета.

Первым приступает к делению первичное ядро эндосперма. Начало деления отмочено для клевера - через 10-14 часов, для люцерны - через 16-20 часов, для эспарцета - через 16-18 часов. Сначала 'деление протекает синхронно и основная масса ядер эндосперма располагается в микропилярной части зародышозого мешка. Далее синхронность делений нарушается. В результате возникает ценоцит с ядрами, свободно лежащими в цитоплазме зародышевого

мешка. Переход адерного эндосперма в клеточный осуществляется на 9-11 день после оплодотворения. Полного превращения ядерного ондосперма в клеточный не происходит. В халазальной части эндосперм остается ядерным.

Деление зиготы начинается при наличии в полости зародышевого мешка 4-10 ядер эндосперла. У клевера это происходит через 14-16 часов, у люцерны и эспарцета - через 16-24 часа после оплодотворения. Первое деление зиготы сопровождается заложением поперечной перегородки и образованием в результате этого двух клеток: базальной и апикальной.

Апикальная клетка, впоследствии дающая начало собственно зародышу, меньше базальной. Назальная клетка дает начало подвеску. Следующие два деления в базальной клетке проходят в поперечном направлении и приводят к образованию двух-, затем че-тырехклеточного подвеска. Апикальная клетка подвергается продольному делению. У люцерны в результате деления апикальной клетки образуется трехклеточный линейный проэмбрио, затем по достижении шестиклеточной стадии апикальная клетка после продольного деления дает начало собственно зародышу.

Образование шаровидного зародыша наблюдали у клевера и эспарцета на 5-6 день, у люцерны - на 7-8 день после оплодотворения. На 10-14 день зародыш состоит из семядолей, подсемядольно-го колена, корешка и точки роста стебля. Зрелый зародыш формируется к 25-30 дню.

У вародышей всех изученных видов имеется четко выраженный подвесок. У клевера и эспарцета он многоклеточный, простой, короткий, без четкой границы между клетками зародыша и подвеска. У люцерны подвесок длинный, многоклеточный, с четко выраженной границей, отделяющей его от зародыша.

По классификации D.Johaneen (1945), эмбриогенез эспарцета и клевера протекает по Onagrad - типу, Trifolium. - вариации, лв-церны - по Caryophyllad - типу, Medicago - вариации.

Взрослый зародыш у всех видов зеленый, с небольшим зародышевым корешком и слегка дуговидными семядолями.

Полученные данные позволили установить, что в основном процессы оплодотворения, формирования зародыша и эндосперма протекают нормально. Однако в отдельных случаях под влиянием ряда факторов их нормальное течение может нарушаться. Нарушения выражаются в замедлении и остановке роста пыльцевых трубок, в увеличении промежутка между опылением и оплодотворением, прекращении деления и дегенерации ядер и клеток эндосперма, замедлении и остановке развития зародыша. Процент таких нарушенй обычно невысок. Тем не менее, наличие их позволяет говорить о той, что под влиянием неблагоприятных внешних факторов снижение семенной продуктивности происходит также и за счет отклонений в хода этих стадий развития.

Выводы

1. Анализ полученных данных указывает на значительное сходство основных этапов развития эмбриональных структур у исследованных видов как между собой, так и с ранее изученными представителями сем.УаЪасеае. Вгзсте с тем выявлен ряд характерных.особенностей.

2. Основные, специфические для представителей сем.РаЪасеае закономерности в генезисе пыльника характерны и для изученных нами видов: формирование стенки пыльника происходит по центробежному типу; тапатум секреторного типа; микроспорогенез симультанный; пыльцевые зерна двухклеточные, трехбороздноапертурные. Наряду с образованием нормальной пыльцы в ходе развития микро-

спор наблюдаются нарушения, которые приводят к образованию аномальных пыльцевых зерен и снижению фертильности пыльцы, что в определенной мере влияет на семянообразование. Процент стерильной пыльцы составляет у M.varla - 30,5, у O.arenaria - 10,3, у 'i'.pratense — 13,4.

3. Развитие семяпочки характеризуется следующими признаками: семяпочка кампилотропная, двупокровная, у M.varla и O.arenaria - крассинуцеллятная, у Т.pretense - тенуинуцеллятная; для o.arenaria и т.pretense характерно наличие нуцеллярного колпачка. Женский археспорий многоклеточный; тетрада макроспор линейного типа; зародышевый мешок моноспорический, Polygonum -типа, образуется из халазальной или эпихалазальной макроспоры; зрелый зародышевый мешок сформирован за несколько дней до распускания цветка; у T.pratense антиподы эфемерны, у M.varla и O.arenaria сохраняются до образования зрелого зародышевого мешка и двухклеточного проэмбрио соответственно.

4. На основании изучения биологии цветения установлено, что б развитии цветков исследованных видов обнаруживается определенное сходство. Это позволило вьщелить 9 последовательных стадий роста и развития. Для всех трех видов характерен растянутый период цветения; массовое цветение отмечено на 18-20 день у M.varia , II—17 день У O.arenaria и 20-25 день У T.pratense ; "пик" в суточной динамике цветения наблюдается в II—14, 12-18 и 13-16 часов соответственно.

5. Все исследованные виды являются типичными ксеногамными энтомофилами, успешное цветение и опыление которых связаны с наличием достаточного количества опылителей и метеоусловиями вегетационного сезона. Видовой состав насекомых-опылителей отличается большим разнообразием, наибольшая активность в работе опылителей приходится на 12-15 и 17-19 часов. Уровень естественной

недоопыленности составляет 35-45$.

6. Для изученных видов свойственна порогаыия; оплодотворение проходит по премитотическому типу. Зигота делится на второй день после опыления. Эндосперм нуклварного типа; развитие зародыша происходит у U.varia ПО Caryophyllad - типу, Medicago -вариации, у 0.arenaria и T.pratenae по Onagrad- типу, Trifolium - вариации. Отмечены случаи интегументальной эмбрионии и апоспории. Все исследованные виды являются хлорэмбриофитами.

7. Для всех исследованных представителей в различной степени характерно несоответствие между показателями потенциальной и реальной семенной продуктивности. Реальная семенная продуктивность в условиях Молдовы составляет у люцерны 17,17$, у эспарцета - 38,98$, у клевера - 42,78$. В основа такого разрыва лежит комплекс причин, касающихся как эмбриологического развития, так и особенностей биологии цветения и опыления данных культур. Выявлен ряд аномалий, характеризующих стерильность семяпочек: отмирание спорогенных клеток, остановка развития зародышевого мешка на ранних стадиях развития, неправильная дифференциация и поляризация клеток зародышевого мешка, дегенерация зародыша и эндосперма. Стерилизация семяпочек наблюдается в основном в период формирования зародышевого мешка. Процент дегенерировавших семяпочек во время оплодотворения и после него незначителен, при условии нормального опыления. При недостатке опылителей и неблагоприятных метеорологических условиях он заметно возрастает.

, Практические рекомендации

I. При проведении работ по гибридизации следует учитывать, что наиболее высокий процент фертильных семяпочек и пыльцы наблюдается в средней и нижней частях соцветия в центральной час-

ти растения.

2. Пыльцу для скрещиваний целесообразно заготавливать из цветков, находящихся на 7-8 стадиях развития в период массового цветения.

3. Учитывая чрезвычайно низкую самофертильность у всех исследованных культур, при массовых работах по скрещиванию можно не производить кастрацию цветков.

4. Данные полученные при измерении бутонов на различных стадиях развития женского и мужского гаметофитов можно исполь- . зовать при проведении фиксаций для различного рода исследований, в том числе электронномикроскопических.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Маринеску М.Ф. Экология цветения и опыления люцерны // Гаметогенез, оплодотворение и эмбриогенез семенных растений, папоротников и мхов,- Кишинев, 1986. - С.144.

2. Маринеску М.Ф. Особенности микроспорогенеэа у клевера// Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов. - Уфа, 1989. - С.86.

3. Маринеску М.Ф. Формирование мужской генеративной сферы у некоторых представителей кормовых бобовых трав // Молодежь и научно-технический прогресс. - Кишинев, 1909. - С.45-46.

4. Marineecu M.F. Embryology of Onobryahis arenaria (Kit.) DC, its connection with the problem of seed production // Embryology and seed production. - Leningrad, 1990. - P,100.

5. Маринеску М.Ф. Биология цветения эспарцета в Молдове // Природная флора, интродукция растений. - Кишинев: Штиинца, 1991. - Вып.9. - С.88-93.

6. Маринеску М.Ф. Репродуктивная биология люцерад Medicago

varia T.Martyn. - Кишинев, 1991. - 8 с. - Деп. в МолдНШНТИ I.10.91.

7. Маринеску М.Ф., Чеботарь A.A., Мошкович A.M. Биология цветения люцерны // Тез. докл. У съезда МОГиС. - Кишинев, 1987. - С.215.

8. Маринеску M.S., Чеботарь A.A. Особенности биологии цветения эспарцета в условиях Молдавии // Рекомендации по размножению интродуцированных растений на основании изучения их биологии индивидуального развития. - Киев, 1988. - С.100—101.

9. Челак В.Р., Архипенко М.Г., Пахопол Е.Г., Маринеску М.4., Латыпова J1.H., Чумак Е.П. Реакция системы размножения растений

на экологические факторы // ОнтогенетИка высших растений. - Кишинев, 1989. - С.248.