vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2020-3-110-119vir-nw-732Research ArticleСИСТЕМАТИКА, ФИЛОГЕНИЯ И ГЕОГРАФИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙSYSTEMATICS, PHYLOGENY AND GEOGRAPHY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESЖизнеспособность пыльцы черной смородины до и после криоконсервирования в жидком азоте и особенности ее морфологииViability of black currant pollen before and after cryopreservation in liquid nitrogen, and its morphological featureshttps://orcid.org/0000-0002-0319-1477ТихоноваО. А.TikhonovaO. A.

190000 г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44; Отдел генетических ресурсов плодовых культур; к.с.-.н.

 

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

o.tikhonova@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2640-9659ГавриловаО. А.GavrilovaO. A.

197376 г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 2; Лаборатория палинологии; старший научный сотрудник; к.б.н.

2 Professora Popova Street, St. Petersburg 197376

gavrilova@binran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3015-4735РадченкоЕ. А.RadchenkoE. A.

190000 г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

https://orcid.org/0000-0002-6891-6272ВержукВ. Г.VerzhukV. G.

190000 г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44; Лаборатория длительного хранения генетических ресурсов растений; старший научный сотрудник, руководитель группы криоконсервации ЛДХГР; к.б.н.

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

vverzhuk@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4319-0353ПавловА. В.PavlovA. V.

190000 г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 42, 44; Лаборатория длительного хранения генетических ресурсов растений; Лаборатория длительного хранения генетических ресурсов растений, группа криоконсервации ЛДХГР; младший научный сотрудник

42, 44 Bolshaya Morskaya Street, St. Petersburg 190000

A.V.Pavlov@vir.nw.ruФедеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. ВавиловаРоссияN.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic ResourcesRussian FederationБотанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наукРоссияKomarov Botanical Institute of the RASRussian Federation2020121020201813110119Copyright © Тихонова О.А., Гаврилова О.А., Радченко Е.А., Вержук В.Г., Павлов А.В., 20202020Тихонова О.А., Гаврилова О.А., Радченко Е.А., Вержук В.Г., Павлов А.В.Tikhonova O.A., Gavrilova O.A., Radchenko E.A., Verzhuk V.G., Pavlov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/732Актуальность

Актуальность. Исследование особенностей формирования и прорастания пыльцы является очень важным для оценки потенциальной продуктивности растений и эффективности селекционной работы.

Материалы и методы

Материалы и методы. Объектами исследования служили 11 сортов черной смородины различного эколого-географического и генетического происхождения из генофонда, сохраняемого на научно-производственной базе «Пушкинские и Павловские лаборатории ВИР». Изучение жизнеспособности пыльцы до и после криоконсервирования проводили в лаборатории длительного хранения генофонда растений (ЛДХГР) ВИР путем проращивания ее на питательной среде, содержащей 10% сахарозы и 0,8% агар-агара. Морфологические исследования выполняли с помощью светового и конфокального лазерного сканирующего (КЛСМ) микроскопов в лаборатории палинологии и Центре коллективного пользования БИН РАН.

Результаты и заключение

Результаты и заключение. Сложившиеся неблагоприятные погодные условия в 2019 г. оказали негативное воздействие на процесс формирования мужской генеративной сферы – уровень жизнеспособности пыльцы в зависимости от сорта составил 17,98–58,60%. После экспозиции в жидком азоте (при –196°С) в течение шести месяцев у всех изученных сортов, за исключением одного (‘Поздняя послевоенная’, к-7652), наблюдалось увеличение процента проросших пыльцевых зерен в 1,1–3,2 раза. Изучение морфологических особенностей пыльцы позволило выявить, что пониженная жизнеспособность у ряда сортов (‘Красноярская 1018’, к-7607, ‘Tsema’, к-25900, ‘Поздняя послевоенная’, к-7652) связана с морфологическими отклонениями в строении спородермы, выраженными в разноразмерности пыльцевых зерен, утолщении экзины и формировании бородавчатых поверхностей мезопориума. Выявлена невысокая положительная взаимосвязь уровня жизнеспособности пыльцы с диаметром поры (r = 0,43) и диаметром пыльцевого зерна (r = 0,27) и несущественная отрицательная корреляция между уровнем жизнеспособности и толщиной экзины (r = –0,33). 

Background

Background. Learning about morphological and biological features of pollen is very important to make correct estimations of plant productivity and breeding efficiency.

Materials and methods

Materials and methods. The viability of black currant pollen was analyzed in 2019 at the Laboratory for Long-Term Storage of Plant Genetic Resources, N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR). Eleven black currant cultivars of various ecogeographic and genetic origin maintained at Pushkin and Pavlovsk Laboratories of VIR served as the material for the research. Pollen viability was tested on an artificial medium with 10% sucrose and 0.8% agar. Morphological studies were carried out using light and confocal laser scanning microscopy at the Palynology Laboratory and the Core Centrum of Cell and Molecular Technologies in Plant Science housed by the Komarov Botanical Institute (BIN).

Results and conclusion

Results and conclusion. The prevailing adverse weather conditions in 2019 produced a negative impact on the process of male generative structure formation. The level of pollen viability, depending on the cultivar, ranged from 17.98 to 58.60%. After exposure to liquid nitrogen (–196°C) for 6 months, the number of germinated pollen grains increased 1.1 to 3.2 times in all the studied cultivars, except one (‘Pozdnyaya poslevoennaya’, k-7652). A palynomorphological study revealed that reduced pollen viability in some cultivars (‘Krasnoyarskaya 1018’, k-7607; ‘Tsema’, k-25900; ‘Pozdnyaya poslevoennaya’, k-7652) was associated with morphological deviations in the sporoderm structure (small pollen grains, exine thickening and formation of verrucate mesoporium surfaces). A low positive correlation was observed between the level of pollen viability and the diameters of the pore (r = 0.43) and pollen grain (r = 0.27). An insignificant negative correlation was apparent between the level of viability and the exine thickness (r = –0.33). 

Ribes L.сортапертураэкзинаспородермакорреляциякриоконсервацияRibes L.cultivarapertureexinesporodermcorrelationcryopreservationРабота выполнена в рамках государственного задания согласно тематическому плану ВИР по проекту № 0662-2019-0004 «Коллекции вегетативно размножаемых культур (картофель, плодовые, ягодные, декоративные, виноград) и их диких родичей ВИР – изучение и рациональное использование». Морфологические исследования проведены в рамках государственного задания согласно тематическому плану БИН РАН АААА-А19-119080790048-7.The research was performed within the framework of the State Task according to the theme plan of VIR, Project No. 0662-2019-0004 “Collections of Vegetatively Propagated Crops (Potato, Fruit, Berry and Ornamental Crops, Grapes) and Their Wild Relatives at VIR: Studying and Sustainable Utilization”. Morphological research was conducted within the framework of the State Task according to the theme plan of BIN RAS, No. АААА-А19-119080790048-7ReferencesErdtman G. Pollen morphology and plant taxonomy – Angiosperms: An introduction to palynology. Vol. 1. Stockholm: Almquist and Wiksell; 1952.Erdtman G. Pollen morphology and plant taxonomy – Angiosperms: An introduction to palynology. Vol. 1. Stockholm: Almquist and Wiksell; 1952.Гаврилова О.А. Применение конфокальной лазерной сканирующей микроскопии для исследования морфологии оболочки пыльцевых зерен. Ботанический журнал. 2014;99(10):1139-1147.Gavrilova O.A. Application of confocal laser scanning microscope to the study of pollen wall morphology. Botanicheskii zhurnal = Botanical Journal. 2014;99(10):1139-1147. [in Russian]Гаврилова О.А., Тихонова О.А. К репродуктивной биологии отдаленных гибридов в семействе Grossulariaceae. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2017;178(4):100-118. DOI: 10.30901/2227-8834-2017-4-100-118Gavrilova O.A, Tikhonova O.A. On reproductive biology of distant hybrids in the Grossulariaceae family. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2017;178(4):100- 118. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2017-4-100-118Gavrilova O.A, Tikhonova O.A. Pollen morphology of the family Grossulariaceae and some taxonomical implication. Plant Systematics and Evolution. 2019;305(7):521-530). DOI: 10.1007/s00606-019-01590-6Gavrilova O.A, Tikhonova O.A. Pollen morphology of the family Grossulariaceae and some taxonomical implication. Plant Systematics and Evolution. 2019;305(7):521-530). DOI: 10.1007/s00606-019-01590-6Голубинский И.Н. Биология прорастания пыльцы. Киев: Наукова думка; 1974.Golubinsky I.N. Biology of pollen germination. Kiev: Naukova Dumka; 1974. [in Russian]Киселева А.А, Вержук В.Г, Савельев Н.И, Дорохов Д.С., Желтиков Ю.В., Еремина О.В., Потокина Е.К., Дзюбенко Н.И. Методы мониторинга генетической стабильности плодовых культур в условиях криоконсервации. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012;169:280-288.Kiseleva A.A, Verzhuk V.G., Savelyev N.I., Dorohov D.S., Zheltikov Y.V., Eremina O.V., Potokina E.K., Dzjubenko N.I. Methods to monitor genetic integrity of cryopreserved fruit germplasm. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2012;169:280-288. [in Russian]Котеева Р.Л., Миргородская О.Е., Булышева М.М., Мирославов Е.А. Формирование пыльцы Ribes nigrum (Grossulariaceae) в связи с периодом пониженных температур. Ботанический журнал. 2015;100(10):1001-1014.Koteyeva N.K., Mirgorodskaya O.E., Bulisheva M.M., Miroslavov E.A. Pollen development in Ribes nigrum (Grossulariaceae) in relation to the low temperature period. Botanicheskii zhurnal = Botanical Journal. 2015;100(10):1001-1014. [in Russian]Николаевская Т. С., Ветчинникова Л В., Титов А.Ф., Лебедева О.Н. Изучение пыльцы у аборигенных и интродуцированных в условиях Карелии представителей рода Betula L. Труды Карельского научного центра РАН. 2009;(4):90-95.Nikolaevskaya T.S., Vetchinnikova L.V., Titov A.F., Lebedeva O.N. Study of pollen in native and introduced Betula L. species in Karelia. In: Transactions of Karelian Research Centre of Russian Academy of Science. 2009;(4):90-95. [in Russian]Орлова С.Ю., Павлов А.В., Вержук В.Г. Жизнеспособность пыльцы сортов черешни (Cerasus avium) различного эколого-географического происхождения в условиях Северо-Западного региона России. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции.2019;180(1):66-72. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-1-66-72Orlova S.Yu., Pavlov A.V., Verzhuk V.G. Viability of pollen in sweet cherry (Cerasus avium) varieties of different ecogeographic origin in the Northwestern region of Russia. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2019;180(1):66-72. [in Russian]. DOI: 10.30901/2227-8834-2019-1-66-72Павлов А.В., Вержук В.Г., Орлова С.Ю., Радченко О.Е., Ерастенкова М.В., Додонова А.Ш. и др. Криоконсервирование как метод сохранения биоразнообразия плодово-ягодных культур и дикорастущих лекарственных растений. Проблемы криобиологии и криомедицины, 2019;29(1):44-57. DOI: 10.15407/cryo29.01.044Pavlov A.V., Verzhuk V.G., Orlova S.Yu., Radchenko O.E., Erastenkova M.V., Dodonova A.Sh. et al. Cryo preservation as a method to preserve some fruit and berry crops and wild medicinal plants. Problems of Cryobiology and Cryomedicine. 2019;29(1):44-57. [in Russian]. DOI: 10.15407/cryo29.01.044Ситников М.Н., Вержук В.Г., Павлов А.В., Бондарук Д.Д. Анализ жизнеспособности пыльцы абрикоса и черешни после криоконсервации. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2018;179(3):152-158. DOI: 10.30901/2227-8834-2018-3-152-158Sitnikov M.N., Verzhuk V.G., Pavlov A.V., Bondaruk D.D. The analysis of apricot and sweet cherry pollen viability after cryopreservation. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2018;179(3):152-158. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2018-3-152-158Тихонова Н.Г, Филипенко Г.И, Вержук. В.Г, Жестков А.С. Стратегия и методы длительного хранения генофонда растений. Проблемы криобиологии 2008;18(2):227.Tikhonova N.G, Filipenko G.I, Verzhuk V.G, Zhestkov A.S. Strategy and methods of long-term storage of gene fond of plants. Problems of Cryobiology. 2008;18(2):227. [in Russian] (Тихонова Н.Г, Филипенко Г.И, Вержук. В.Г, Жестков А.С. Стратегия и методы длительного хранения генофонда растений. Проблемы криобиологии 2008;18(2):227).Замбурова Д.С., Шериева С.А., Ситников М.Н., Боготова З.И., Гидова Э.М., Паритов А.Ю. и др. Изучение жизнеспособности пыльцы плодовых культур после воздействия сверхнизких температур. Современные проблемы науки и образования. 2016(3):e24849. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=24849 (дата обращения: 15.04.2020).Zamburova D.S., Sherieva S.A., Sitnikov M.N., Bogotova Z.I., Gidova E.M, Paritov A.Yu., Handohov T.H., Kar moko va M.K. Study viable pollen after exposure to fruit crops ultralow temperatures. Modern Problems of Science and Education. 2016;(3):e24849. [in Russian] URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=24849 (дата обращения: 15.04.2020).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.