Гаметициды и их применение в селекции - Ботаника и сельское хоз-во - Скачать бесплатно
ВСЕСОЮЗНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК имени В. И.
ЛЕНИНА
Всесоюзный научно-исследовательский институт информации и технико-
экономических исследований по сельскому хозяйству
Обзорная информация М. А, ФЕДИН,Т. А. КУЗНЕЦОВА
ГАМЕТОЦИДЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СЕЛЕКЦИИ
[pic]
Москва — 1977
УДК е3.1.5В7ЛЗ
'Гаметоциды — химические соединения, применение .которых в определенные
этапы развития растений приводит к гибели мужского гаметофи-та в результате
нарушении метаболических процессов в период формирования пыльцевых зерен.
Действие гаметоцидов на физиолого-биохимиче-ские процессы в клетке
аналогично стерилизующей цитоплазме при перемещении в нее ядра, что
вызывает мужскую стерильность.
Исследования, проведенные в ряде стран, в том числе и в СССР, позволили
выявить ряд химических соединений, которые индуцируют мужскую стерильность
у яровой и озимой пшеницы, ржи и других сельскохозяйственных культур.
Использование гаметоцидов позволяет организовать Промышленное .производство
гибридных семян зерновых и других сельскохозяйственных культур. Однако
полученные гаметоциды вызывают ряд побочных нежелательных явлений:
значительное ингибирование роста, задержку 'в прохождении .фенологических
фаз и д'р. Поэтому необходим дальнейший поиск новых химических соединений,
обладающих гаметоцид-ной активностью.
© ВИИИТЭИСХ, 1977 г.
ВВЕДЕНИЕ
|Рост народонаселения планеты, необходимость повышения темпов
производства продуктов сельского хозяйства определяют поиск новых
направлений в селекции сортов и гибридов — основных средств
сельскохозяйственного производства. В последнее время широкие исследования
гетерозиса пшеницы, ржи, ячменя, подсолнечника, сахарной свеклы,
хлопчатника, ряда овощных, бахчевых, цветочных, декоративных культур и
кормовых трав показали, что гибриды первого поколения этих растений
обеспечивают прибавку урожая на 20—25% и более по сравнению с
районированными сортами [1,7, 35, 36].
Практическое использование гетерозисного эффекта возможно лишь при
условии хорошо налаженного производства гибридные семян в значительном
объеме. У ряда культур, обладающих высоким коэффициентом размножения семян
и низкой посевной нормой (кукуруза, томаты и др.), производство гибридных
семян может быть организовано при ручной кастрации материнских растений с
последующим свободным или принудительным опылением. Однако для большинства
возделываемых растений этот метод неприменим, так как затраты труда,
необходимые для получения гибридных семян первого поколения, не окупаются
дополнительно получаемой продукцией.
В настоящее время в результате использования явления цитоплазматической
мужской стерильности (ЦМС) получены гибриды первого поколения пшеницы,
сорго, кукурузы, сахарной свеклы, томатов, лука, сладкого перца и налажено
массовое производство гибридных семян. Близки к завершению исследования по
созданию гибридов ржи и подсолнечника [35]. Наряду с этим при селекции с
томатами пытаются применить формы с функциональной мужской стерильностью
[36]. 'Создание мужских стерильных линий, отбор линий — закрепителей
стерильности и форм, восстанавливающих фер-тильность, значительно усложнили
ведение селекции я семеноводства. Между тем основным недостатком
использования системы «ЦМС — восстановление фертильноста» при получении
новых гибридных комбинаций скрещиваний является постоянная необходимость
создания стерильных аналогов и ана-
логов '— восстановителей фертильности новых высокопродуктивных сортов и
самоопыленных линий.
Сравнительно недавно для индукции мужской стерильности на растения в
определенные фазы развития воздействовали различными физическими факторами
(сокращенный световой день, высокие и низкие температуры и др.) [2, 48, 97,
130]. Несмотря на полученные положительные результаты» ввиду отсутствия
технических средств для массового производства гибридных семян эти приемы
не были внедрены в практику.
•Определенные успехи в разработке методов мужской стерильности растений
были достигнуты с помощью ряда химических соединений — растворов солей
феноксиуксусной кислоты, гидразида малеиновой кислоты (ГМ1К), этрела, индо-
лилуксусной кислоты (ИУК), нафтнлуксусной кислоты (НУК), гиббереллина
(ГКз) и некоторых других, названных гаметоцидами. Этот термин — производное
от двух слов:
гамета — по-гречески половая клетка, цидо — по-латински убивать. В
настоящее время в ряде стран Европы и в США проводят исследования по
выявлению химических соединений, обладающих гаметоцядной активностью к
мужскому гамето-фиту растений, и разрабатывают способы их применения для
массового производства гибридных семян различных сельскохозяйственных
культур. Использование методов химической индукции мужской стерильности у
зерновых, технических, овощных и кормовых культур позволит получить семена
гибридов первого поколения, вовлекая в селекционный процесс наиболее
совершенные сорта без создания их стерильных аналогов и линий, несущих гены
восстановления фертильности.
Преодоление трудностей, препятствующих эффективному использованию
гаметоцидов, в значительной мере зависит от определения сущности процесса
стерилизации, в основе которого лежат конкретные физиолого-биохимические
изменения в тканевом метаболизме спорогенеза, вызывающие анормальности в
развитии пыльцевого зерна с последующей его абортивностью. В связи с
практическими запросами физиология развития пыльцы привлекает особое
внимание.
ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ, ЦИТОХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ФОРМИРОВАНИЯ МУЖСКОГО ГАМЕТОФИТА
Мужской гаметофит покрытосеменных растений — микроскопическая структура,
которая в период ранних стадий развития окружена тканями пыльника и
непосредственно контактирует с клетками тапетума, метаболизм которых тесно
связан с развитием пыльцевьгх зерен, особенно в критические
периоды преобразования материнских клеток пыльцы в гап-лоидные микроспоры.
Так как наибольшая эффективность действия гаметоцидов приходится на период
формирования тетрад и связана с биохимизмом их развития, возникает
необходимость в детальной информации о ранних фазах развития пыльцевого
зерна в материнской клетке пыльцы.
С помощью электронной микроскопии установлено, что до мейоза материнские
клетки пыльцы в пыльниках связаны между собой и с клетками тапетума
цитоплазматлческими мостиками (плазмодесмами) [5, 59]. Перед стадией
лептотены профазы 1 начинаются преобразовательные процессы в оболочках и
мембранах микроспороцитов, которые быстро обволакиваются слоем каллозы,
представляющей собой (3-1,3-свя-занный полимер глюкозы [130]. Это
соединение локализуется между оболочками материнской клетки пыльцы и
клеточной мембраной. С началом стадии лептотены плазмодесмы, соединяющие
клетки тапетума и микроспороцитов, исчезают. Слой каллозы продолжает
утолщаться, однако некоторые районы оболочек микроспороцитов не покрываются
каллозой, здесь соседние материнские клетки пыльцы контактируют друг с,
другом с помощью широких цитоплазматичесиих перетяжек, названных
цитомиксическими каналами [28]. У большинства видов растений все
микроспороциты мейотической профазы взаимосвязаны. Такая цитоплазматическая
общность — важнейший фактор поддержания тесной синхронности мейотических
стадий. Цитомиксические каналы начинают исчезать к концу мейотической
профазы I, а в телофазе I их количество совсем незначительно, к началу же
профазы II материнские клетки пыльцы полностью изолируются друг от друга
каллозными оболочками. После мейоза каллоза образует между четырьмя
гаплоидными спорами тонкую прослойку (стадия тетрад), и каждая спора
становится полностью изолированной от других. Предполагают, что в
формирование каллозных оболочек вовлечен аппарат Гольджи [137].
Процесс формирования оболочки пыльцевого зерна начинается вскоре после
завершения мейоза и протекает между клеточной мембраной я каллозной
оболочкой в каждой споре тетрады. Первичным материалом для построения
оболочки является примэкзина. После развития прдмэкзины синтезируется
предшественник зрелой экзины, морфология которого .зависит от его
химического состава. По своим свойствам это вещество сходно с
протоспоруллином. На данном этапе кал-лозная оболочка исчезает, споры
быстро увеличиваются в размерах (в 3—5 раз) и интенсивно синтезируют
спорополле-нин [70, 71]. После освобождения из тетрад в микроспорах
формируется интина, содержащая микрофибряллы целлюло-5
зы, которые образуют матрикс с пектиновым материалом, ге-мицеллюлозой и
незначительным количеством белка. До полного созревания пыльцевое зерно
покрывается различными производными распадающегося тапетума —
каротиноидами, липидами, белками и другими соединениями [130]. При
дальнейших фазах развития пыльцы эффективность действия га-метоцидов
снижается [47, 65, 75, 80, 102].
Ранние этапы развития пыльцы тесно связаны с функциональной активностью
тапетума. Цитохимические и ультраструктурные исследования свидетельствуют,
что тапетум функционирует как источник питательного материала при развитии
пыльцевого зерна. У покрытосеменных установлено два основных типа тапетума:
гландулярный, при котором клетки по мере развития пыльцевых зерен
дегенерируют до П9лного автолиза, и амебоидный [76]. В последнем клетки
теряют свою оболочку, и протопласт тапетума распределяется между
развивающимися пыльцевыми зернами, образуя тапетальный периплазмодий [61].
Мембраны такого тапетума могут проникать в экзину пыльцы. Питательный
материал транспортируется из клеток та'петума (возможно, предварительно
метабо-ли'аируется им) к пыльцевым зернам .[62]. Взаимодействие тапетума и
развивающихся микроопор максимально проявляется при растворении каллозных
оболочек микроспор. Исчезновение каллозы сопровождается развитием каллазной
активности. Энзим локализован в везикулах цитоплазмы тапетума [130].
Исследование (3-1,3-глюканазной активности в течение мей-оза я распада
тетрад показало, что активность энзима резко возрастала, начиная со II
мейотдческого деления, достигала максимума в фазу освобождения микроспор из
тетрад и сохранялась затем в течение 48 ч [82, 131]. Доказательством
взаимосвязи между развивающимися пыльцевыми зернами и тапетумом, а также
подтверждением кардинальной роли тапетума в образовании пыльцы служат
работы по ЦМС [59, Gl, 62, 76].
В связи с тем, что применение гаметоцидов имеет целью индукцию мужской
стерильности растений, для выяснения предполагаемых механизмов действия
веществ с гаметоцид-'ной активностью необходима сравнительная оценка и
анализ морфологических, цитологических и физиолого-биохимиче-ских различий
фертильных растений и линий с ЦМС. Сравнительная анатомия и биохимия тканей
пыльников нормальных и стерильных растений свидетельствуют, что
абортивность развивающихся пыльцевь»х зерен является результатом включения
или выключения более чем одного механизма, а также нарушений регуляторных
процессов на различных уровнях 6
контролирования метаболических путей [62, 94, 98, 111]. Отмечено, что у
всех изученных линий с ЦМС 90% растений обла^-дали нормальным ходом
микроспорогенеза до определенной фазы, на которой начиналась абортивность
пыльцы, и только у 10% растений анормальность проявлялась еще до стадии,
обусловливающей абортивность в результате более ранних нарушений нормальных
метаболических циклов. У большинства видов (около 70%) деградация микроспор
приходилась на период, начиная с мейоза 1 и включая интерфазу микроспор
[94].
Одной из причин, вызывающих ЦМС растений, являются функциональные
нарушения в метаболизме тапетума. Тщательное изучение этой ткани у
фертильных и стерильных линий, а также у восстановителей фертильности сорго
показало, что у фертильных линий после мейотической профазы I тапетум
быстро уменьшался в радиальной протяженности [52]. В стерильных пыльниках
радиально расширенный тапетум обусловливает абортивность микроспор, и
период его разрастания приходится на стадию вакуолизации микроспоры.
Тапетум стерильных пыльников по протяженности (в ширине) и морфологии имеет
более широкую шкалу изменчивости, чем у фертильных линий. 'Размеры ширины
тапетума стерильных пыльников связывают с дегенеративными процессами в
микроспорах [62, 109, 111].
•При цитологических исследованиях клонов ежи сборной с ЦМС не было
отмечено отклонений в развитии пыльника в течение архиспориальной стадии и
стадии материнской клетки пыльцы по сравнению с нормальными растениями [94,
117]. Первые признаки различий в развитии появлялись в начальные фазы
мейоза, что выражалось в разрушении некоторых микроспороцитов, в результате
чего образовывалось малое количество тетрад у растений с ЦМС. Одновременно
у стерильных растений наблюдалось более быстрое дегенерирова-ние тапетума,
чем у фертильных. При сравнительном исследовании микроспорогенеза и
развития пыльцы у фертильных и стерильных растений льна установлено, что
стерильность пыльцы у этого растения достигалась анормальным разрастанием
клеток тапетума, которые медленно дегенерировали по сравнению с тапетумом
фертильных растений, у которых величина этой ткани быстро уменьшалась,
особенно после стадии тетрад. Очевидно, преждевременное или позднее
включение деградативньгх механизмов тапетума может быть причиной
функциональной мужской стерильности. У разных видов растений эти механизмы
имеют свой специфический характер, что необходимо учитывать при подборе
гаметоцидов, их доз и сроков обработки.
• Цитологические исследования пшеницы показали, что на клеточном уровне ЦМС
выражается в уменьшении размеров и числа органелл, характеризующихся низкой
физиологической активностью и довольно быстрым дегенерированием [59]. У
фертильных пыльцевых зерен органеллы клеток обильны.
Различный уровень метаболической активности тапетума в нормальных и
стерильных пыльниках и продолжительность его функционирования
контролируется цитологами реакцией Фёльгена. Ядра клеток тапетума
нормальных пыльников интенсивно окрашиваются до формирования материнской
микроспоры, после чего окраска прогрессивно уменьшается по мере
коллапсирования тапетума. В тканях тапетума стерильных пыльников
окрашивание ядер продолжает осуществляться интенсивно после формирования
тетрад и незначительно снижается в процессе развития микроспор [94].
Следовательно, функция тапетума неразрывно связана с его определенной ролью
при абортивности микроспор. У нормальных пыльников тапетум получает
необходимый питательный материал, поставляемый растением, и преобразует его
для формирующихся микроспор, что подтверждается поступлением Фёль-ген-
положительных веществ в материнскую микроспору во время мейоза [93].
Тапетум стерильных пыльников имеет более низкий уровень метаболической
активности, о чем свидетельствует как низкая энзиматическая активность, так
и изменение поступления Фёльген-положительного материала в спорогенные
клетки в критические периоды их формирования.
В процессе 'химической индукции мужской стерильности может происходить
включение тех же механизмов, что и пр.и абортивности мужского гаметофита
стерильных аналогов, где стерильность обусловлена ЦМС. Обработка растений
кориандра, вики и лука 0,01%-ным раствором ГМК вызывала 100%-ную
стерильность у всех трех растений [60, 89, 90]. После нанесения гаметоцида
на растения кориандра тапетум увеличивался и существовал вплоть до стадии
вакуолизации микроспор. У контрольных растений тапетум дегенерировал после
мейоза. У лука Г1МК, включался в процессы формирования пыльцы, способствуя
преждевременному дегенерирова-нию спорогенной ткани и материнских клеток
пыльцы. У кориандра химическое индуцирование мужской стерильности
проявлялось цитологически — размер ядер не изменялся, а клетки тапетума
значительно удлинялись.
Предполагают, что вмешательство различных факторов в метаболизм клеток
тапетума приводит к деградации и'х содержимого и, в первую очередь,
дезокоирибозидов — основ-
8
ного синтетического пула ДйК, необходимого для нормального развития
материнской клетки пыльцы и микроспор. Нарушение деятельности тапетума при
снабжеаии питательным ^материалом спорогенной ткани, вызванное различными
причинами, обусловливает начало процессов деградации материнской клетки
пыльцы [134, 137].
Цитологические исследования пыльников растений с аук-син-индуцированной
стерильностью, выращенных при продолжительном освещении, показали, что
химические и физические факторы могут способствовать преждевременному де-
генерированию тапетума с последующим снижением нормального передвижения
питательного материала к спорогенной ткани. В процессе нормального развития
пыльцы в начальных (самых ранних) этапах микроспорогенеза ткани тапетума
разрастаются и только после завершения формирования микроспор в материнской
клетке пыльцы дегенерируют. При гормональной индукции мужской стерильности
гиббереллином (ГКз) и в условиях длительного естественного освещения
•отмечена обратная корреляция во взаимодействии микроспор .и тапетума.
Большинство микроспор становятся крупными, сильно вакуолизированньши, с
ядром, прижатым к клеточной .стенке. Клетки тапетума образуют плотную
оболочку вокруг
•полости пыльцевого мешка. Часть микроспор дегенерирует до вакуолизации, но
большее их количество абортируется при цветении [94].
Аберрация микроспорогенеза в результате продленного дня, по-видимому,
связана с ранним распадом клеток тапетума. Подобный эффект может быть
достигнут путем обработки ауксином, высокая концентрация которого
обнаружена в тканях растений при длительном фотопериоде [78]. Это
подтверждает гипотезу о влиянии фотопериода на пол путем регуляции
метаболизма ауксинов в растительных тканях [84, 88].
Считают также, что нарушение функций тапетума в питании развивающихся
микроспор не является непосредственной и единственной причиной абортивности
пыльцы [46, 107].
При сравнительных исследованиях пыльцы и развития
•пыльников линий пшеницы с ЦМС и нормальных растений установлено, что
деградативные процессы в развивающихся пыльцевых зернах начинаются с
несбалансированного поступления питательных веществ в тапетум в результате
нарушений функциональной активности васкулярной системы тычиночных нитей
[31, 32, 87]. Последние у стерильных растений имели слабо
дифференцированные васкулярные тяжи (либо они отсутствовали), в то время
как у нормальных тычинок сосудистые элементы были хорошо дифференцированы
на
9
ксилему и флоему. Наблюдаемое снижение аккумулирования крахмала в тканях
тапетума и отсутствие запасного крахмала в зрелых микроспорах является
следствием редукции передвижения растворов (в частности углеводов) в
тычинки стерильных растений [87]. Нарушение структуры васкулярных элементов
при воздействии веществ с гаметоцидной активностью может быть одним из
аспектов их действия, тем более, что обработка гаметоци.д'а'ми, как
правило, сопровождается уменьшением размеров пыльников и длины тычиночных
нитей [20, 59].
Преждевременное деградирование тапетума 'или. более длительное
существование интактных клеток тапетума в пыльниках с мужской
стерильностью, индуцированной химическими препаратами, по-видимому,
является результатом взаимосвязи химически активных веществ с
деградативными энзимами (несвоевременная их индукция или блокирование) [56,
60, 74].
При исследовании причин абортивности пыльцы установлено повышение
активности кислых фосфатаз в тканях нормальных пыльников до стадии тетрад,
после которой активность энзимтав резко снижалась с последующим
дегенерирова-нием тапетума [56]. В тканях стерильных пыльников активность
энзимов была гораздо ниже, и набухший тапетум раздавливал микроспоры [82].
.Подобный дисбаланс в энзиматической системе стерильных пыльников был
отмечен S. Izhar и R. Frankel [82] при сравнительном изучении каллазной
активности. В связи с тем, что период развития каллазной активности четко
установлен во времени и имеет определенный оптимум кислотности (р.Н 5),
авторы измерили in vivo pH различных стадий микроспорогенеза. У фертильных
пыльников вплоть до поздней стадии тетрад р.Н составляла около 7, затем
снижалась до 6, что сопровождалось растворением каллозы. В пыльниках
растений линий с ЦМС pH обычно или низкая — тогда энзиматический распад
каллозы материнской клетки пыльцы начинается раньше нормальных сроков, или
высокая — тогда наблюдается сильная активность энзима, начиная с профазы 1
в течение всего мейоза, вызывая цитологические нарушения. Преждевременное
повышение каллазной активности может быть причиной немедленного разрушения
материнской клетки пыльцы. Торможение энэиматической активности кал-лазы
блокирует распад каллозной оболочки материнских клеток пыльцы, в результате
микроспоры теряют свои нормальные очертания и деградируют.
Эти исследования позволили выявить новые причины абортивности пыльцы и
показали, что в основе индукции мужской
10
стерильности лежит дисбаланс в четко скоординированные биохимических
реакциях и нарушения в последовательности -„.нзиматических циклов.
Изменение четкого ритма энзиматической активности каллазы приводит к
деградации развивающихся микроспор [2, 3, 4]. Экспериментально установлено,
что период формирования тетрад является наиболее эффективным для применения
препаратов с гаметоцидной активностью.
.Возможное участие гаметоцидов в процессах, обусловливающих торможение
или .преждевременное освобождение микроспор из материнской клетки пыльцы,
вероятно, связано с влиянием соединений с гаметоцндными свойствами на
уровни энзиматической активности каллазы. Своевременная индукция и развитие
каллазной активности — критический период для нормального развития мужского
гаметофита.
Для успешных поисков новых веществ, обладающих гаметоцидной активностью,
необходимо располагать достаточной информацией о метаболизме спорогенной
ткани и тапетума, а также о взаимосвязи вх обмена. Электронно-
микроскопические наблюдения показали, что при нормальной метаболической
взаимосвязи между клетками тапетума и развивающимися пыльцевыми зернами не
наблюдается никаких аномалий [78]. Согласно имеющимся данным трудно
определить, тапетум или спороциты являются 'инициатором -в нарушении
взаимосвязи.
Одним из возможных путей выяснения механизма индукции мужской
стерильности является исследование биохимической активности тканей. При
исследовании пыльников и экстр-актов листьев пшеницы установлено, что
мужская сте' рильность пыльцы сопровождается репрессией активности
терминальных оксидаз. Уровень активности цитохромоксида-зы в тканях
фертильных растений по сравнению со стерильными гораздо выше [18, 27].
Подобное явление отмечено в тканях растений с генетической мужской
стерильностью [46]. Цитохромоксидаза — неотъемлемый компонент мито-хондрий,
поэтому низкую активность дыхательных энзимов растений с ЦМС можно
объяснить дисбалансом митохондри-альных энзиматических систем [128].
Митохондрии, выделенные из стерильного материала (проростки пшеницы с
ЦМС), характеризовались более высокой окислительной фосфорилазной
активностью, чем мито-хондрии из проростков с нормальной цитоплазмой [129].
Биохимические исследования и наблюдения электронной микроскопии
подтвердили, что мужская стерильность тесно связана с изменением
функционального состояния этих структур клетки {15, 16, 63]. Восстановление
фертильности в линиях
11
с ЦМ'С сопровождается одновременным устранением отклонений в структуре
цитоплазматических органелл и различных нарушений в метаболических
процессах [27, 46]. Получены дополнительные доказательства в подтверждение
гипотезы, что изменения в метаболизме митохондрий связаны с механизмами
индукции мужской стерильности. Предполагается, что включение последних
вызывает репрессию синтеза белков внутренней мембраны митохондрий [63,
114].
Однако было бы ошибочным считать, что только функциональная активность
митохондрий является основой возникновения цитоплазматической мужской
стерильности. Ее индукция базируется на изменениях в широком диапазоне
биохимических реакций, обусловливающих нарушения в молекулярных компонентах
различных клеточных структур и цитоплазмы, что сопровождается появлением
белков с анормальной эн-зиматической активностью. В результате этих
изменений возникает дисбаланс в энзиматических системах или же полное их
блокирование[8, 15, 20,82].
Для получения ЦМС путем химической индукции у сельскохозяйственных
культур необходимо детальное изучение метаболизма ДНК, РНОК и белка в
стерильном и фертильном материале с цитологическим и цитохимическим
сопоставлением полученной информации. Изменения в содержании ДНК, РНК и
белка в пыльниках кукурузы изучали методами цитохимии и микроденситометрии
[101]. В процессе спорогенеза различали три пика интенсивного синтеза
нуклеиновых кислот. Первый пик соответствует премейотическому периоду и
ранней профазе, второй — приходится на интервал между поздним мейозом и
стадией тетрад, третий (наименьший) — соответствует периоду,
предшествующему митозу микроспор. В течение первого пика установлена самая
высокая скорость роста спорогенной ткани и тапетума при активном синтезе
молекулярных компонентов в обеих тканях. Во втором пике активный синтез
ДНК, PlHiK и белка осуществляется в основном в тканях тапетума. Торможение
роста и параллельно синтеза этих молекулярных структур в спорах начинается
в период третьего пика, при дегенерировании тапетума. В настоящее время
тапетум рассматривают как возможный источник предшественников нуклеиновых
кислот для формирующихся микроспор, которые получают материал для синтеза в
форме растворимых предшественников или в форме ДНК с низким молекулярным
весом [111, 130].
Основная аккумуляция PlHiK в спорогенной ткани происходит в течение
мейотической профазы, включая стадию па-хитены материнской клетки пыльцы. В
тканях тапетума накопление РНК приходится на тот же период (профаза—зи-12
готена—пахитена) [98]. Таким образом, сразу после синтеза ДНК на ранних
этапах спорогенеза до митоза в микроспо-пах продуцируется РНК спорогенной
ткани, причем 75% пригодится на рибосомальную РНК — на формы 16S и 28S.
Аккумулирование форм p:PHiK 4S и 5S осуществляется иначе, чем основных форм
pPlHK, и пик их аккумуляций наблюдается в конце интерфазы микроспор [112].
В пыльцевом зерне основной синтез PHiK, ДНК и белка происходит на более
поздней стадии — после митоза в микроспорах. .В цитоплазме пыльцевого зерна
синтез всех форм РНК полиостью прекращается в последние 48 ч формирования
пыльцы [94]. Биосинтез нуклеиновых кислот и процессы, связанные с их
обменом, претерпевают определенные изменения под влиянием соединений с
гаметощидными свойствами.
Установлено, что у фертильных соцветий кукурузы интенсивный синтез ДНК
осуществляется на ранних этапах мик-роспорогенеза, но по мере завершения
формирования пыльцы наступает торможение синтетических процессов [20]. При
обработке растений гаметоцидами (0,15%-ным раствором три-атаноламиновой
соли ГМК или 0,8%-ным раствором натриевой соли сф-дихлоризомасляной кислоты
(FW-450), комбинированно 0,8%-ным раствором FW-450 и 0,1%-ным раствором
гнббереллина) содержание ДНК на всех этапах формирования пыльцы несколько
увеличилось независимо от применяемого гаметоцида. Это объясняется
торможением клеточного растяжения под влиянием обработки гаметоцидами, в
результате чего уменьшаются размеры клеток в спорогенной ткани и пересчет
на взятую навеску дает завышенное содержание ДНК, не связанное с процессами
аккумуляции нуклеиновых кислот [34].
Комбинированная обработка с гиббереллином (FW-450 + +гиббереллин)
вызывает качественные изменения в молекулах ДНК, что приводит к нарушениям
митозов и деградации ядра. Отмечено, что растворы ГМК и FW-450 по-разному
влияют на интенсивность биосинтеза РНК в мужских репродуктивных органах
кукурузы [26]. Параллельно было установлено, что формы проявления
стерильности (морфологиче-ские_йзменения) находились в зависимости от
применяемого вещества. Применение ГМК на кукурузе вызывало торможение
образования РНК, и гаметоцид выступал здесь как ингибитор синтеза РН.К,
обусловливая
|
