О возможных механизмах стимуляции оплодотворения плодовых растений

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия

О возможных механизмах стимуляции оплодотворения плодовых растений

Чумаков Сергей Семёнович

Аннотация

На основании биохимического анализа цветков уточнён механизм стимуляции оплодотворения плодовых растений. Обоснован агроприём, направленный на оптимизацию данного процесса.

Ключевые слова: плодовые растения, пыльца, фертильность, пестик, фенольные соединения, иук, оплодотворение.

Annotation

About possible mechanisms of fruit-trees fecundation stimulation

Chumakov Sergei Semenovich

Cand. agr.sc.

Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia

There was cleared up the mechanism of fecundated fruit-plant stimulation on the basis of biochemical analysis of flowers. There was substantiated the agricultural method directed to the optimization of the given process.

Keywords: fruit plants, pollen, fertility, pistil, phenolic combinations, iaa, fecundation.

Важным этапом реализации генеративной функции плодовых растений является фенофаза «распускание почек и цветение». Именно процесс оплодотворения лежит в основе формирования величины и качества урожая плодов. Глубокое изучение механизмов данного процесса делает возможным оптимизацию определенных его параметров. Последнее и явилось целью наших исследований.

Для решения поставленной задачи в 2010-2012 гг. в условиях учхоза «Кубань» (почва - чернозём выщелоченный) заложен опыт по изучению влияния некорневой обработки борной кислотой (концентрация 0,03%, фаза «выдвигание соцветия») на процесс оплодотворения плодовых растений. Контроль - растения, обработанные водой. Опыты проводили в насаждениях яблони и черешни. Исследовали сорта яблони: Голден Делишес, Флорина, в неорошаемом саду, заложенном в 1997г. по схеме 4х2 м., на подвое М9, а также сорт черешни Францис в насаждениях закладки 1997 г. (схема посадки 8х4 м., подвой - сеянцы антипки). Уход за насаждениями осуществляли по агротехническим указаниям [1]. Повторность опытов - шестикратная.

Полевые и лабораторные опыты проводили в соответствии с общепринятыми методиками [2,3,4]. Проницаемость мембран органов цветка яблони определяли по изменению электропроводности водных вытяжек с помощью кондуктометра N 5721 [5,6]. Повторность анализов - двукратная. Результаты опытов обрабатывали методами математической статистики.

Как известно [7], у плодовых растений женский гаметофит представлен зародышевым мешком, а мужской - пыльцевым зерном. В пыльцевых зернах находится большое количество физиологически активных ферментов, аминокислоты пролина и т.д. С повышенным содержанием последней мы связываем увеличение жизнеспособности пыльцы яблони. Так, по нашим данным, в пыльцевых зернах сорта Флорина концентрация аминокислоты пролина в 1,5 раза больше, чем у сорта Голден Делишес, что сопряжено с повышением фертильности пыльцы у первого сорта (рис. 1).

Вместе с тем рыльце пестика ответственно за синтез аминокислоты триптофан [8]. При попадании пыльцы на рыльце пестика происходит взаимодействие фермента и аминокислоты, приводящее к образованию фитогормона ауксина - в - индолилуксусной кислоты (ИУК), влияющего на эффективность взаимодействия элементов системы «пыльца-пестик» в процессе оплодотворения [7].

Рисунок 1 Жизнеспособность пыльцы у сортов яблони (в среднем за 2010-2011 гг.)

Отмечено также [8], что действие в - индолилуксусной кислоты стимулируется хлорогеновой кислотой, ингибирующей особый разрушающий её фермент - оксидазу в- индолилуксусной кислоты. В этой связи гипотетическую схему стимуляции процесса оплодотворения плодовых растений, можно представить следующим образом (рис. 2).

Рисунок 2 Гипотетическая схема образования ИУК в цветках [7, 8] плодовых растений, стимулирующей процесс оплодотворения, в авторской модификации

Логично предположить, что в процессе оплодотворения ведущая роль принадлежит эндогенной ИУК, регулирующей интенсивность прорастания пыльцы и рост пыльцевых трубок. Это предположение вполне согласуется с современными представлениями о механизмах действия ИУК на рост клеток. По литературным данным [9], проникая внутрь клетки, ИУК связывается с белком в комплекс. В этом комплексе протекает синтез ферментов, способных делать клеточную стенку пластичной, разрыхляя целлюлозные и пектиновые полимеры. Это облегчает растяжение растущей клетки под действием внутреннего давления - тургора.

Нами установлены различия по содержанию хлорогеновой кислоты в цветках разных сортов яблони - фаза «начало цветения» (рис. 3).

Рисунок 3 Содержание хлорогеновой кислоты в цветках различных сортов яблони (май, 2011г.)

Уместно заметить, что концентрация хлорогеновой кислоты в цветках яблони сорта Флорина с повышенной фертильностью пыльцы значительно (в 1,6 раза) больше, чем у сорта Голден Делишес.

Очевидно, уточнение механизма стимуляции оплодотворения позволит обосновать агроприемы, повышающие эффективность этого процесса.

Уже в прошлом веке определено влияние бора на прорастание пыльцы [9]. Отмечено также [9], что эндогенная борная кислота, содержащаяся в тканях секрета рыльца, оказывает позитивное влияние не только на прорастание пыльцы, но и на ускорение формирования пыльцевой трубки. В этой связи борная кислота названа авторами [9] - «неорганическим ростовым веществом».

Между тем современные методы исследований и инструментарий позволяют взглянуть на эту проблему по-иному. По нашим данным, борная кислота активизирует синтез гидроксикоричных кислот (кофейная) с дальнейшим превращением в хлорогеновую кислоту, в ущерб образованию белка (рис. 4). Вместе с тем одной из функций фенольных соединений является стимуляция образования ИУК, участвующей в процессах роста [10]. Отмеченная закономерность наиболее отчётливо зафиксирована у сортов с высокой потенциальной продуктивностью (например, сорт яблони Голден Делишес).

Рисунок 4 Схема биогенеза фенольных соединений [11]

Установлено, что некорневые подкормки борными удобрениями обеспечивают повышение содержания кофейной и хлорогеновой кислот в цветках, особенно у сортов, отличающихся в неблагоприятных погодных условиях низкой фертильностью пыльцы (например, у яблони - сорт Голден Делишес, черешни - сорт Францис) (табл. 1). Содержание фенольных соединений в цветках названных сортов под влиянием агроприема повысилось в 1,1 - 3,2 раза в сравнении с контрольными значениями, что сопряжено с увеличением в них концентрации ИУК (в 1,7-3,0 раза в сравнении с контролем). Одновременно в указанных вариантах существенно (на 18-38%) увеличивается показатель фертильности пыльцы. В этой связи более уместно говорить о позитивном влиянии бора на активизацию образования и функционирования фитогормона ИУК в цветках плодовых растений, обеспечивающей эффективность оплодотворения.

Таблица 1 Влияние борной кислоты на физиолого-биохимические показатели цветков плодовых растений

Однако на этом положительное влияние борных удобрений на процесс оплодотворения не заканчивается. Дальнейшие исследования показали, что проницаемость мембран клеток органов цветка у различных сортов яблони под действием указанного агроприема заметно увеличивается: в среднем в 1,4 раза в сравнении с контролем (рис. 5).

Повышение проницаемости клеточных мембран цветков яблони сопряжено с увеличением содержания в них общего азота. Под влиянием борной кислоты данный показатель повышается на 9-12% в зависимости от сорта.

Интегральным показателем повышения эффективности процесса оплодотворения, под влиянием предложенного агроприема является количество образовавшихся на плодовом дереве завязей. Так количество завязей (% от общего количества цветков на дереве) при использовании борной кислоты на деревьях яблони сорта Голден Делишес увеличилось на 22%. Данное обстоятельство положительно повлияло на продуктивность деревьев (рис. 6). Этот показатель у деревьев яблони, обработанных борной кислотой, превышал контрольные значения в среднем на 30%. Использование борных удобрений в насаждениях черешни сорта Францис привело к увеличению урожайности практически в два раза.

Рисунок 5 Влияние борной кислоты на проницаемость мембран клеток в цветках яблони, ms (19.05.2011г.)

Рисунок 6 Влияние некорневой обработки борной кислотой на урожайность плодовых растений: А- яблоня сорта Голден Делишес; Б- черешня сорта Францис

Таким образом, результативность оплодотворения плодовых растений сопряжена с накоплением в органах цветков кофейной и хлорогеновой кислот, обусловливающим стимуляцию образования и функционирования ИУК. Весеннее применение некорневой подкормки борной кислотой обеспечивает усиление этого процесса, повышая эффективность взаимодействия элементов системы «пыльца-пестик», а, в конечном счёте, - продуктивность деревьев.

цветок оплодотворение яблоня пыльца

Литература

1. Система садоводства Краснодарского края: Рекомендации / СКЗНИИСиВ Краснодар, 1990.- с. 224.

2. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур / Под ред. В.И. Потапова, Мичуринск, 1973.-78 с.

3. Методическое и аналитическое обеспечение исследований по садоводству. - Краснодар: ГНУ СКЗНИИСи В. - 2010. - 300 с.

4. Чумаков, С.С. Возможности реализации биологического потенциала плодовых растений в разновозрастных насаждениях юга России: Монография / С.С. Чумаков.- Краснодар: КубГАУ, 2011.- 95 с.

5. Mulder E.L. The effect of molibdenum and nitrogen deficiencies on nitrate reductase in plant tissues / E.L. Mulder, R.V. Boxma, W.L. Van Vun // Plant and Soil. - 1959. - V. 4. - № 4.- P. 335-355.

6. Фадеева О.И. Использование физиологических и биохимических признаков при создании высокобелковых гибридов высоколизиновой кукурузы / О.И. Фадеева, Л.Н. Остроух, А.В. Плотникова, Т.Б. Филипас // Физиология продуктивности и устойчивости зерновых культур: сб. науч. тр. КНИИСХ. - Краснодар, 1988. - С. 112-126.

7. Якушкина, Н.И. Физиология растений: учебник для вузов / Н.И.Якушкина, Е.Ю. Бахтенко. - М.: Гуманитар. Изд. Центр ВЛАДОС, 2005. - 467 с.

8. Кретович, В. Л. Биохимия растений / В.Л. Кретович. - М.: Высш. школа, 1980. - 445 с.

9. Физиология сельскохозяйственных растений/ Б.А. Рубин.- Том 10; М.: Изд-во МГУ, 1968.- 326 с.

10. Упадышев М.Т. Роль фенольных соединений в процессах жизнедеятельности садовых растений/ М.Т. Упадышев.- М.: Изд. Дом МСП, 2008.-320 с.

Размещено на Аllbеst.ru