Гаметоциды и их применение в селекции

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.

.

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 аналогов '— 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 торможение клеточного удлинения. Морфологически это выражалось в уменьшении размеров соцветий, отсутствии в большинстве случаев колос­ков на латеральных веточках и в редукции листьев. Споро-генные ткани или совсем не формировали пыльцы, или она была нежизнеспособна. Действие FW-450 при данной концен-

13

трации'не вызывала значительных изменений в синтезе ДНК и PiHK, процессы спорогенеза у кукурузы протекали нормаль­но [20, 26].

У фертильных растений высокое содержание PiHIK отмече­но на более ранних этапах формирования пыльцы я дальней­ший синтез РНК осуществлялся более активно [94, 98, 137].

Специфичность действия гаметоцида обусловлена раз­личными факторам.и: близостью его химических характери­стик к аналогам синтетических пулов клетки; возможностью энэиматического преобразования в клеточной системе в суб­страт-подобный продукт ил;и в активный промежуточный ме­таболит определенных энздматических систем; наличием гор­мональных свойств или конформационного подобия с моле­кулами индукторов 'или репрессоров. Воздействие препаратов с гаметоцидными свойствами связано с физико-химическими характеристиками соединений (высокая электрофильность, способность к хелатированию и т. д.), в результате которых могут изменяться р1Н клетки и 'ионная сила в критические стадии развития спорогенной ткани [82].

Исследования влияния этрела на мейотические процессы в спорогенной ткани пыльников пшеницы Triticum aestivum L. показали, что индукция мужской стерильности связана с рас­падом этрела в растительных тканях с выделением этилена, молекулы которого обладают гормональными свойствами [47, 97]. Предполагают, что этилен, как и многие гормоны, влияет на функциональное состояние мембран, изменяя ак­тивность РНК полимеразы. Таким образом он может воздей­ствовать на процессы транскрипции, особенно участков ДНК, ответственных за синтез долгоживущих мРНК, транскриби­рующихся до мейоза, но необходимых для нормального тече­ния мейотических процессов[58, 98].

'В результате возможных нарушений в синтезе различных форм PlHiK при включении гаметоцида в метаболизм клетки неизбежно возникают анормальности в синтезе белка. В нор­мально развивающейся спорогенной ткани и в микроспорах активный синтез белка приходится на раннюю мейотическую профазу, его активность несколько снижается в зиготене — пахитене и совсем незначительна в период формирования тетрад [101]. Тапетум как ткань проявляет очень высокую ме­таболическую активность в течение всего периода микроспо-рогенеза вплоть до полного автолиза, поэтому отводить тапе-туму только секреторную роль — значит ограничить его мно­гообразные физиологические функции [108]. Отмечено, что пул ДНК тапетума недостаточен, чтобы служить источником для формирующихся микроспор [98]. Возможно, тапетум снаб­жает микроспоры растворимыми ДНК предшественниками,

14

как это было показано с экзогенно добавленным меченым ти-мидином, который быстро проникал в ткани тапетума и вклю­чался в ДНК микроспор [72]. Наиболее вероятно, что синтез РНК в тапетуме и микроспорах материнской клетки пыльцы независим. Однако это не исключает, что тапетум, особенно в ранний период формирования микроспор, частично постав­ляет предшественников РНК в спорогенную ткань [94]. В та­петуме имеется довольно большой рибосомальный пул, кото­рый, по-видимому, полностью деградирует вместе с ним или может поставлять предшественников РНК для последнего периода синтеза РНК в развивающихся спорах [101].

Роль тапетума в белковом синтезе может быть объяснена с точки зрения синтеза специфических энзимов, связаннь1х с мейозом или другими процессами в спорогенной ткани. До­пустимо участие тапетума и в распределении белкового ре­зерва. Высокая пропорция piPHK в его тканях свидетельст­вует о синтезе белков de novo, часть ,из которьгх откладыва­ется как запасные в микроспорак [28, 137]. Обработка гаме­тоцидными препаратами вызывает репрессию синтетических процессов белка в результате вмешательства этих физиоло­гически активных веществ во взаимосвязь процессов ДНК— РНК—белок [13, 19,29, 30, 104, 120]. Выяснение сущности про­цессов индукции мужской стерильности лежит в этой обла­сти. Эффект ГМК на ростовые процессы посредством дейст­вия ингибитора на обмен нуклеиновых кислот — эксперимен­тально установленный факт [29]. Значительное влияние ока­зывает ГМК на рибосомальную фракцию РНК путем изме­нений в процессах биосинтеза ДНК [19]. Возможно, что спе­цифичность действия ГМК проявляется на уровне репрессии синтеза биокаталитически активных белков именно той фрак­ции, которая ответственна за синтез и распад ДНК. При воз­действии ГМК наступает уменьшение фосфорелированных богатых лизином гистоновых фракций, количество которых в активноделящихся клетках при нормальных физиологических условиях значительно выше. Такое изменение в соотношении гистоновых фракций оказывает влияние на матричную актив­ность ДНК, что приводит к нарушению мейотического цикла. Не исключено, что изменение соотношения форм гистонов под влиянием ГМК создает условия для атаки и расщепления ДНК'азой доступных участков ДНК, о чем свидетельствует возросшая активность этого энзима у растений, обработан­ных ГМК [19].

ГМК как гаметоцид не проявляет высокой селективности действия, так как параллельно оказывает влияние на мери-стематическую ткань, где стимулирует процессы распада и ингибирует синтетическую активность клеток [29]. Очевидно,

15

'этим объясняются негативные эффекты, наблюдаемые при опрыскивании растений растворами ГМК: задержка в росте и развитии, морфологические аномалии и т. д. [20, 125].

Изменения в деятельности центров, программирующих природу синтезируемых белков и регулирующих их синтез, при включении механизмов стерильности вызывают сложные сдвиги в ферментативных системах. Низкая активность раз­личных энзиматшческих комплексов стерильных аналогов ози­мой пшеницы и угнетение активности окислительно-восстано­вительных процессов, лежащих в основе метаболизма, про­являются на ранних этапах формирования ,и развития микро­спор [6, 128]. Дезорганизация в энзиматических системах вы­зывает дисбаланс в аминокислотном, углеводном и нуклеино­вом пулах.

Хлорированные производные аляфатических карбоновых кислот, применяемые в качестве гаметощидов, вызывают на­копление в тканях пыльников большого количества аминокис­лот (а-аланина, р-аланина, аспарагиновой, глутаминовой, се-рина и др.), одновременно резко снижается содержание про-лиаа [8, 26, 43].

При сравнительных исследованиях мужской стерильности у различных видов растений отмечены изменения в соотно­шении отдельных аминокислот в аминокислотном пуле. Коли­чественный и качественный состав аминокислот обусловлены механизмами цитоплазматической регуляции и спецификой метаболизма растения. Так, в стерильных пыльниках сорго по сравнению с фертильными установлена анормальная акку^-муляция глицина и заниженное содержание аспарагиновой .кислоты, серина и аланина. М. W. Brooks, J. S. Brooks и -L. Chien [52] считают, что в данном случае специфическим признаком, обусловливающим мужскую стерильность, явля­ется блокирование глицина в синтезе пурина. У других ли­ний сорго с ЦМС обнаружено повышенное содержание трео-нина по сравнению с фертильными растениями. Пыльники последних включали больше аланина, глутаминовой кислоты и тирозина [43]. Вероятно, от типа стерильности и этапа, на котором возникают нарушения в синтетических процессах .клетки, зависит накопление или ингибирование образования определенных аминокислот.

.Сравнительные исследования содержания аминокислот у различных растений с разными формами мужской стериль­ности (функциональной, цитоплазматической и ядерной) по­казали, что во всех случаях было высокое содержание аспа-рагина' и низкое — пролина по сравнению с фертильными растениями [26, 43, 46]. Последующие эксперименты подтвер-

16

дили, что пыльники стерильных аналогов линий, получен­ных на основе цитоплазмы Т. timopheevi, характеризовались

-высоким содержанием свободного аспарагина и низким — пролина. Среди связанных аминокислот сохраняется та же закономерность [118].

^ Индукция мужской стерильности при использовании хими­ческих соединений, обладающих гаметоцидной активностью

'-(RMiK, FW-450 4- гиббереллин), сопровождалась аналогич­ными изменениями в аминокислотном пуле растений кукуру­зы: накоплением больших количеств a-алани'на, аспарагиновой

•и глутаминовой кислот, серина у стерилизованных растений с одновременным резким блокированием синтеза пролина [26]. Часть аспарагиновой кислоты подвергалась дальнейше­му аминированию, что приводило к образованию амида, со­держание которого у стерилизованных растений в отдельных случаях достигало 2%, или приблизительно половины от об­щей суммы всех свободных аминокислот [8]. Отмеченный мно­гими авторами дефицит пролина у растений с различным ти­пом мужской стерильности предполагает торможение синте­за белка путем включения механизмов мужской стерильно­сти на более ранних этапах белоксинтетической системы (при синтезе аминокислот), в результате чего тормозятся процес­сы аминирования.

Полноценное питание в течение микроспорогенеза и раз­вития пыльцы обусловливает нормальное развитие генера­тивных клеток. Массовое накопление свободного пролина на­чиналось после завершения мейоза, а в фазе тетрад он был обнаружен в заметных количествах [8]. Эта аминокислота при­нимает участие в ряде общих реакций метаболизма: активи­рует дыхание растительных тканей, регулирует поглощение кислорода, является донором NHz-групп при синтезе некото­рых аминокислот и стимулирует синтез хлорофилла [8]. Про-лин относят к числу характерных аминокислот щелочных ядерных белков-гистонов и протаминов, несущих генетиче­скую функцию в поддержании определенной структуры ДНК [9]. Влияние этой аминокислоты на активность генома связано с критическими этапами в развитии, когда незначительные структурные перестройки могут иметь решающее значение. Исключительно высокое содержание пролина в тканях гаме-тофита обусловливает определенную физиологическую «на­грузку», которую он выполняет в процессах формирования пыльцы.

В пыльце диплоидных сортов содержание пролина в два раза выше, чем в пыльце триплоидных, имеющих пониженную трертильность [8]. Эти данные свидетельствуют, что пролин .занимает особое место среди других аминокислот при форми-2—10287 17

ровании пыльцы и, возможно, является определяющим мета­болитом нормальных физиологических процессов.

Пролин пыльцы, по-видимому, вовлекается в самые ран­ние фундаментальные реакции гаметогенеза, и его дефицит в пыльниках может иметь прямое отношение к абортивности пыльцы. Содержание пролина начинает .снижаться на стадии мейоза и становится прогрессивным к периоду интерфазы микроспор, когда уже наблюдается дегенерация пыльцевого зерна. Дефицит пролина — это следствие некоторых дефек­тов в мейозе или в предшествующей стадии микроспорогене-за [118]. Параллельно накопление глутаминовой кислоты в стерильных пыльниках свидетельствует о торможении про­цессов превращения ее в пролин, предшественником которого она является. Относительно высокое содержание аспарагина в пыльниках растений с мужской стерильностью также обус­ловлено метаболическими отклонениями.

Индукция мужской стерильности вносит свои коррективы в биосинтетические процессы не только генеративных органов, но и всего растения. Общее содержание аминокислот в семе­нах и вегетативных органах стерильных растений пшеницы выше, чем фертильных, на 8%, что можно объяснить специ­фикой метаболической активности митохондрий стерильных растений [46, 63]. У нормально развивающихся растений на­копление свободного пролина начинается после редукционно­го деления и осуществляется за счет притока пролина из ве­гетативных органов [8].

Наблюдения за изменениями в динамике развития орга­низма, происходящими под влиянием веществ с гаметоцидной активностью во взаимосвязанной системе ДНК—iPHiK—бе­лок—аминокислоты, показали, что наиболее быстро и в зна­чительной степени изменяются активности энзиматических систем, затем проявляются ответные реакции в обмене нук­леиновых кислот и белка и относительно с большим опозда­нием осуществляются процессы, приводящие к изменению соотношения свободных аминокислот, органических кислот и аммония [98].

Многообразие действия хлорированных алифатических кислот на растительный организм предполагает возможность индуцирования мужской стерильности путем блокирования .разнообразных метаболических путей.

Попытки связать механизм избирательного действия были сделаны при изучении ряда хлорированных производных али-фатических карбоновых кислот, проявивших гаметоцидные свойства. Одним из предполагаемых механизмов селективного действия ар-дихлоризомасляной (FW-450) и трихлоруксус" ной (ТХУ) кислот считают торможение ферментативного син-

18

теза пантотеновой кислоты из пантоевой и (3-аланина [20]. Фи­зиологическая роль пантотеновой кислоты связана с тем, что она является функциональной группой конденсирующего фер­мента КоА. Хлорированные алифатические кислоты выступа­ют антиметаболитами р-аланина, поэтому синтез цантотено-вой кислоты является одним из чувствительных метаболиче­ских путей к этой группе соединений. Действие FW-450 опре­деляется конкуренцией с 2,4-диокси-р-метилмасляной кисло­той за локус, специфически активирующий фермент. Анало­гичный эффект отмечен при действии 2, 3, 3-трихлормасляной к 2, 3-дихлормасляной кислот. Недостаток рибозы (одного из компонентов КоА) повышает токсичность FW-450 и этрела. Исследования гербицидного действия производных алифати-ческих карбоновых кислот показали, что эффект применяе­мых соединений обусловлен нарушением синтеза КоА. В ре­зультате возникает дисбаланс в соотношении ряда аминокис­лот трикарбонового цикла. При этом снижается количество лимонной и возрастает содержание яблочной кислоты, проис­ходит более интенсивный синтез р-аланина и аспарагиновой кислоты.

В настоящее время преждевременно судить об определен­ной специфичности действия конкретных гаметоцидов, о «ме­сте первичного действия» соединения. Возможно, механизм гаметоцидного действия определяется конкуренцией между веществом, обладающим гаметоцидньши свойствами, и опре­деленными естественными метаболитами тканей генератив­ных органов.

На основании исследований конкуренции между пантоте-натом и далапоном появилась возможность предсказать но­вые аналоги пантоата в виде хлорзамещенных алифатаче-ских кислот. Были синтезированы 4 соединения, биологиче­ская активность которых (в данном случае гербицидная) варьировала в зависимости от степени хлорирования и место­

положения хлора: (далапон); при кон­

центрации 0,005 М активность далапона составляла 76%, при 0,05 М—99%.

У соединения

активность при тех же

концентрациях составляла соответственно 77 и 100%. 19

проявляли фитотоксический эффект: при концентрации 0,05 М он был равен 97 и 12%, при 0,05 М — соответственно 100 и 83%.

Таким образом, степень биологической активности препа­рата не имеет прямо пропорциональной зависимости от кон­центрации вещества, что свидетельствует о сугубо физиологи­ческой активности соединения, связанной с особенностями ме­таболизма растения.

В исследованиях по биохимизму действия ряда гербици­дов установлено существенное влияние их на трансформацию энергия в клетке, повышение интенсивности окислительных процессов и угнетение фосфорелирования в митохондриях [10, 14, 21, 23]. Нарушение сопряженности окисления и фос­форелирования — результат угнетения активности многочис­ленных ферментов цикла Кребса и дыхательной цепи мито-хондрий. Получены дополнительные сведения о гербицидах, обладающих одновременно и гаметоцидной активностью. В частности, при нанесении далапона на растения люпина .из­менялось соотношение сульфгидрильных и дисульфидных групп, входящих в состав активных центров многочисленных энзимов, участвующих в разнообразных ферментативных ком­плексах [13]. Кроме того, установлено повышенное содержа­ние изофлавоновых глюкозидов и изменение их состава при o6pai6oTKe растений 2,4Д [22].

Появление хинонов — продуктов окислительного превра­щения фенольных соединений с высокой биологической ак­тивностью и их взаимодействие с амино- и сульфгидрильны-ми группами белков, сульфгидрильными группами аскорби­новой кислоты и другими SH-содержащими компонентами клетки обусловливают блокирование целых систем энзимати-чески взаимосвязанных комплексов. От окислительно-вос­становительных условий и энергетических возможностей тка­ни, особенно спорогенной, зависят синтез и обмен важнейших органических соединений.

20

Характерными признаками ЦМС у сорго являются угне­тение окислительно-восстановительных процессов и снижение энергетического обмена [41]. Различия в активностях АТФ'азы обнаруживались у стерильных аналогов уже в фа­зе тетрад и сохранялись в дальнейшем на всех фазах разви­тия микроопор [16]. Среди соединений с гаметоцидными свой­ствами 2,4Д снижает содержание АТФ и АДФ — адениннук-леотидов, основных аккумуляторов энергии в клетке. Уста­новлено, что 2,4Д ингибирует активность аденилаткиназы — фермента, осуществляющего равновесное соотношение ком­понентов аденилатного пула: 2 АДФ ^ АМФ+ДТФ [21].

Растительные гормоны, проявившие гаметоцидные свой­ства (2,4Д, ИУК, НУК, ГКз и т. п.), могут индуцировать муж­скую стерильность на тех уровнях метаболических процес­сов, на которых они оказывают свое регуляторное действие:

на уровне генома, мембран, аллостерического эффекта. Воз­можно и одновременное влияние их на разные уровни, но во всех случаях отмечена взаимосвязь физиологически активных веществ, к которым относятся гаметоциды, с изменениями в энергетическом обмене клетки.

Существование специфических рецепторов в клеточных структурах и мембранах, способных обратимо связывать аук­сины [25], может служить молекулярно-биологической интер­претацией действия ряда соединений, проявивших гаметоцид-ную активность на различных культурах и относящихся к ауксинам (ИУК, НУК, 2,4Д, Г.Кз, кинетин и др.) [11, 12, 14, 17, 58, 135].

Отмечено, что растительные гормоны (2,4Д, ИУК, ГКз), вызывающие при определенных концентрациях различную степень индукции мужской стерильности, влияют на актив­ность энзимов, связанных с метаболизмом углеводов, опреде­ляющих структуру клеточных оболочек, с такими как р-1,4-глюканаза, р-1,3-глюканаза, (3-1,6-глюканаза я гемицеллю-лаза, а также а-1,3- и а-1,6-глюканазы [73, 99, 136]. Повы­шение активности глюканазных энзимов взаимосвязано с про­цессами деструкции их субстратов, а следовательно, и с изме-нениями в каллозной оболочке материнской клетки пыльцы и формирующихся тетрад, так как она является Р-1,3-свя-занным полимером глюкозы. Установлено, что ИУК и 2,4Д способствуют увеличению р-1,3-глюканаз'ной активности, в результате чего разрываются перекрестные связи в пределах клеточных стенок и оболочек, что обусловливает возрастание их эластичности и проницаемости [55].

Введение ИУК в растительную клетку повышает утилиза­цию глюкозы путем активации энзима УДФ-зависимой глю-кансинтетазы, локализованной в пределах аппарата Гольд-21

жи, что способствует формированию и повышенному содер­жанию глюканов, галактанов и пентозанов [42]. Подобным образом 2,4Д включается в один из уровней метаболизма клетки (через углеводы, путем активации плазменной, связан­ной с мембранами глюкансинтетазы), что способствует ути­лизации УДФ-арабинозы я увеличению количества связанных остатков арабинозы с галактаном [136]. Повышение числа сшивок в молекулах галактана изменяет пластичность кле­точных стенок. Вместе с тем аккумуляция 2,4Д в мембранах вызывает нарушение комплекса связанного с мембрана­ми белкового фактора, который обусловливает активность PHiK полимеразы, транскрибирующей определенные мРНК [66].

В опытах по конкурентному вытеснению связанных эффек-торов (производные феноксиуксусной кислоты и ИУК) на­глядно продемонстрировано, что связывание биологически ак­тивных хлорированных производных мембранами (эффектор-рецептор) носит специфический характер [14]. Изменяя фун­кциональную активность мембран и связанных с ними энзи-мов, ауксины с гаметоцидными свойствами могут вызывать индукцию синтеза определенных мРНК, ответственных за •продуцирование ряда энзимов, среди которых имеются фер­менты, преобразующие углеводные компоненты мембран и клеточных оболочек. Возрастающая при этом проницаемость может вызывать нарушение селективной изоляция формиру­ющихся тетрад с последующим их деградированием. Пред­полагают, что каллозная оболочка функционирует как «мо­лекулярный фильтр», позволяющий проникать внутрь мате­ринских клеток пыльцы основным питательным элементам, за исключением больших молекул. Последние в эту раннюю фазу могут помешать установлению автономии ядра гаплоид-ной споры в пределах собственной цитоплазмы [98].

Химическая изоляция материнских клеток пыльцы в ста­дии тетрад от окружающей диплоидной цитоплазмы является необходимой предпосылкой нормального развития пыльцы [94]. Установлено, что меченый тимидин поступает в материн­ские клетки пыльцы только до формирования каллозной обо­лочки, но не проникает, если они заключены в каллозу [72]. При изменении последней и освобождении тетрад метка сво­бодно поступала в микроспоры. Эти наблюдения позволили сделать вывод о функционировании каллозной оболочки как «молекулярного фильтра».

Каллозное покрытие материнских клеток пыльцы функцио­нировало как молекулярное сито: каллоза пропускала глю­козу и углекислый натрий, но задерживала фенилаланин, размер молекулы которого гораздо меньше глюкозы и он 22

должен был бы легко проникать в материнские клетки пыль­цы [123]. Выводы J. Heslop-iHarrison и A. Mckenzie [72] также сомнительны, так как метка могла не включаться ввиду от­сутствия синтеза ДНК. В других исследованиях показано, что роль каллозной оболочки значительно сложнее, чем «про­стого молекулярного фильтра» [4, 130].

ПОСТУПЛЕНИЕ В РАСТЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В НИХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Для успешного поиска химических соединений, обладаю­щих высокой селективностью гаметоцидного действия, необ­ходима информация о поступлении и распределении экзрген-но наносимого на стебли и листья препарата. Степень поступ­ления и скорость распределения химических соединений зави­сят от морфо-физиологических особенностей листовой плас­тинки, химических характеристик наносимого препарата, ок­ружающих условий и других факторов. У различных видов культурных растений, с которыми проводили эксперименты с целью химической индукции мужской стерильности, в зна­чительной степени варьирует толщина кутикулы и соотноше­ние ее компонентов (воск, кутан, пектин, целлюлоза), а так­же внешняя эпидермальная оболочка [44, 56, 60, 65, 69, 75].

С помощью химических методов анализа исследовали ку-тикулярный слой листьев 24 видов овощных и плодовых куль­тур [77]. Установлено разнообразие в составе и соотношении веществ листовой поверхности и значительные различия в толщине и составе мембраны кутикулы. Однако основные структурные компоненты кутикулы характерны для всех рас­тений. Кут.ин представляет собой полимолекулярную сеть гид-рокси-карбокоильных кислот с простыми и сложными эфир­ными связями. С кутанным матриксом связаны полисахар.иды и кутикулярный и этикулярный воск, богатый алканами. Так как в кутикуле имеются полярные и неполярные группы, она обладает как гидрофильными, так и липофильными свойства­ми [45].

Одним из важных факторов, определяющих степень эф­фективности действия гаметоцида, является зависимость его. активности от климатических и погодных условий, которые необходимо учитывать при разработке доз и концентраций для конкретных возделываемых культур и представляющих их сортов. Однако до сих пор не удалось установить четких взаимосвязей между влиянием условий среды и проницаемо­стью листовой поверхности, хотя развитие кутикулы коррели-

23

рует с продолжительностью светового периода, инсоляцией, влажностью почвы и воздуха, температурой [81].

Температурный режим является одним ,из самых определя­ющих условий развития кутикулы и распределения наноси­мого препарата [83]. При нанесении препарата в разные фазы органогенеза следует учитывать, что с возрастом листа сни­жается абсорбционная способность. Р. М. Nelson и R. К. Reid fl05] доказали, что метиловые эфиры жирных кислот — Lg-ii вызывают гибель меристематических тканей, но не разрушают более зрелые ткани. Механизм такой селективности основан на способности кутикулы действовать как барьер проницаемо­сти по отношению к наносимому препарату. Это было под­тверждено разрушением кутикулы до нанесения эмульсии (4%-ный метил-деканоат+0,1%-ный твин 20). Гибель ткани (ожоги) — результат нарушения структуры мембран. Авторы считают, что твин снижает проницаемость кутикулы и плохо проникает через кутикулу зрелых листьев.

Поверхностное применение гаметоцидных препаратов с использованием радиоактивной метки показало, что при на­несении на лист гаметоциды быстро транслокализуются в ре­продуктивные органы. Нанесение химикатов на базальную часть листа обеспечивало более полное поглощение препара­та, чем на апикальную часть. В репродуктивных тканях ак­тивно аккумулировались гаметоциды.

Наиболее подробно абсорбционные особенности химиче­ских препаратов изучали на гербицидах. Детально были ис­следованы ответные реакции растений двух сортов капусты, характеризующиеся различной чувствительностью к нитрофе-ну (2,4-дихлорфенил-р-нитрофениловый эфир) [113]. У обо­их сортов не было обнаружено заметных различий в скоро­сти прорастания семян, росте растений, плотности устьиц ли­стьев и в транслокализации меченого '^С гербицида. Однако у растений устойчивого к препарату сорта листья обладали более восковидной поверхностью, что позволило сделать вы­вод о корреляции между блокированием абсорбции и содер­жанием воска в кутикуле.

Проникновение соединений в ткани листа обусловлено и другими факторами, характеризующими применяемый раст­вор: температурой, концентрацией, продолжительностью вре­мени его соприкосновения с поверхностью растений, поверх­ностным натяжением и др. Проникновение веществ возраста­ет пропорционально времени и концентрации. Поступление соединения из раствора в ткани листа осуществляется до тех пор, пока его доза на поверхности листа или под кутикулой не станет предельной. В полевых условиях эффективность действия и поступление нанесенного препарата зависят от

24

сложного взаимодействия климатических факторов и внут­ренних физиологических тканевых параметров (водный де­фицит, значение рН в клетке, концентрация цнтоплазматиче-ского сока и т. д.).

В ткани листа легче проникают недиссоциирующие моле­кулы. Повышение температуры от 10 до 30° увеличивает про­ницаемость кутикулы и мембран, за исключением промежут­ка между 15" и 25°, в пределах которого поступление носит относительно стабильный характер. Если опрыскивание про­водят под давлением, растворы проникают в основном через устьица, однако вещества с поверхностным натяжением, близким к поверхностному натяжению воды (70 дин/см²), че­рез устьица не проникают ,[54].

При селективности абсорбции у наиболее распространен­ных видов сельскохозяйственных культур по отношению к 2,4Д (который обладает и гаметоцидными свойствами) ус­тановлено, что толщина кутикулы является решающим фак­тором, а толщина и структура оболочек эпидермальных кле­ток не имеют определяющего значения для степени абсорб­ции препарата. При этом абсорбционные характеристики ста­рых и молодых листьев значительно отличались и в обоих случаях зависели от химических свойств препарата.

На проростках конских бобов поглощение листьями ме­ченого по углероду '^'^^-хлор-о-толил) окиси] бутиловой кислоты было одинаковым для листьев всех возрастов. Одна­ко замена бутиловой кислоты на радикал уксусной кислоты вызывала различия в поглощении молодыми (скорее) и более зрелыми (медленнее) листьями [92]. Таким образом, даже слегка измененная конфигурация молекулы может в значи­тельной степени повлиять на ее способность проникать через мембраны [126].

Пока не установлено четкой взаимосвязи между химиче­скими, физическими характеристиками и проницаемостью пре­парата в системе клеток.

С помощью энзиматически изолированной кутикулы листь­ев была создана шкала проницаемости кутикулы по отноше­нию к ряду алифатических спиртов и их амидов [138]. Соеди­нения выбирали по способности растворять липиды и по моле< кулярньш весам. Результаты опытов показали, что кутикула функционирует в основном как липоидная мембрана, позво­ляющая веществам проникать в клетку пассивной диффузией согласно их растворимости в липидах. Модель молекулярно­го сита больше подходит для молекул малых размеров. Ко­эффициенты проницаемости алифатических спиртов распола­гаются от этанола к пентанолу: этанол<метанол<пропа-

25

нол<бутанол<пентанол, а в случае амидов: ацета1мид<про-пионамид<.бутиламид<1валерам:ид [121].

Однако при подборе алкильных групп для улучшения аб­сорбция препарата следует также учитывать возрастание фитотоксичности соединения. При исследовании действия че­тырех о-алкилметилфосфонофторидов на проростках пшени­цы была отмечена зависимость фитотоксичности от природы о-алкильной группы, которая усиливалась в следующем по­рядке: этил<изопроп'ил<пипаколил<циклогексил. При этом продукты разложения были менее токсичны [79].

Методами газовой хроматографии и с помощью сцинтил-ляционного счетчика изучали различия в абсорбции буто-ксиэтилового эфира и соли аммония 2,4,5-Т (2,4,5-трихлорфе-ноксиуксусная кислота). Сравнимые результаты показали, что абсорбция 2,4,5-Т была в 2—3 раза выше при использо­вании препарата в форме эфира, чем в форме солей. Однако их передвижение в проводящих системах растения не зависе­ло от химической формы соединения [100].

В опытах с энзнмат.ически изолированной кутикулой пло­дов томата, которая по своим характеристикам близка к ку­тикуле листа, степень хлорирования (но не положение хлора при замещении) феноксиуксусной кислоты увеличивала про­ницаемость ее галогенопроизводных в следующем порядке:

2,4,5- и 2,4,6-трихлорфеноксиуксусная кислота >2,3- и 3,5-ди-хлорфеноксиуксусная >2-хлорфенокоиуксусная>фенокс.иук-сусная кислота. Чем больше полярность феноксиуксусной кислоты, тем легче она проникает через мембраны [53]. Хло­рирование увеличивает растворение феноксиуксусной кисло­ты в л.ипидах и тем самым способствует ее проникновению через кутикулу [127].

Хлорирование бензойной кислоты, наоборот, снижает сте­пень проникновения через кутикулу, и шкала ее проницаемо­сти располагается в нисходящем порядке: 2-хлорбензойная кислота, 2,4- и 2,5-дихлорбензойная и 2,3,6-три.хлорбензойная кислота. J. L. Stoddart [132] объясняет это низкой раствори­мостью галогенопроизводных бензойной кислоты при задан­ных рН (2,5; 3,5 и 5,2) в липидах. Степень хлорирования, фто-рирования и метилирования препаратов обусловливает их биологическую активность и токсичность действия на расти­тельный организм.

Избирательная способность по отношению к абсорбции различных веществ растительными тканями связана с физи­ческими свойствами соединений, включая константу их дис­социации при различной степени хлорирования, фторирова-ния, метилирования и т. д., а также скорость их распределе­ния в липидной фазе при данной рН [23, 24, 91]. При обработ-26

ке растений препаратами их проницаемость могут улучшать некоторые вспомогательные вещества, особенно поверхностно-активные (ПАВ), которые улучшают контакт между препара­том и поверхностью листа, а также повышают степень про­никновения препарата в растительный организм. Так, абсорб­ция 2,4Д возрастала в 7—8 раз при введении в раствор тви-на 80 (концентрация 1%) [57].

С помощью '^I" и "'I" метки изучали «крепление» на по­верхности листьев сои препарата ТИБА (2,3,5-тр.ийодбензой-ная кислота) в концентрации 200 мг [110]. (ТИБА относится к веществам, обладающим гаметоцидной активностью). Бы­ли взяты четыре формы солей ТИБА (натриевая, диметил-амин, диэтиламин и триэтила'мин) в сочетании с четырьмя ПАВ: твин 20 (полдокоиэтилен сорбитан монолаурат), три­тон 100 (октил фенокоиполиэтоксиэтанол) — оба неионные ПАВ; арквад 50 (алкил четвертичный аммоний хлорид) —ка-тионное ПАВ и игепон Т-77 (натрий 1\Г-метил-1\Г-омоил та-урат) — анионное ПАВ. Все ПАВ исследовали в двух концен­трациях — 500 и 2000 мг/кг.

Взаимосвязь физико-химических свойств ПА1В и их кон­центраций с формами солей ТИБА носила сложный харак­тер. ПАВ оказывали значительное влияние на закрепление препарата на растениях, а наибольшая разница в степени «крепления» солей ТИБА встречалась в пределах неионных ПАВ. Следовательно, это лимитирует выбор ПАВ среди неи­онных классов, свидетельствуя о их неспецифичности по сравнению с ионорганическими классами ПАВ. Физиологи­ческая активность препарата зависела от подбора ПАВ. Низ­кие концентрации ионных ПАВ (500 мг/кг) достаточны для достижения максимума прикрепления нанесенного препара­та. Не было отмечено взаимосвязи между формами солей и ПАВ. Во всех случаях для эффективной абсорбции требо­валась высокая концентрация неионного ПАВ (2000 мг/кг), высокие же концентрации ионных ПАВ не улучшали степени закрепления препарата, что свидетельствует о физико-хими­ческой взаимосвязи, включающейся в комплекс проницаемо­сти [11 б].

Активность препарата в основном проявляется при возра­стании концентрации этиленокоида в ПАВ, когда его молеку­лы становятся более гидрофильными или соотношение гидро­фильных (ГФ) группировок к липофильным (ЛФ) в молеку­ле ПАВ довольно высокое. Таким образом, для каждого хи­мического соединения с гаметоцидной активностью подбор ПАВ и его концентраций зависит от физиолого-химических свойств активного ингредиента.

27

Степень абсорбции препарата растительными тканями во многом зависит от соотношения группировок ГФ/ЛФ в моле­куле ПАВ для определенных концентраций гаметоцида. В опытах с энзиматически изолированной кутикулой листьев груши получены результаты, свидетельствующие об измене­нии проницаемости 2,4Д в зависимости от значения ГФ/ЛФ (106]. При величине соотношения у ПАВ ГФ/ЛФ, равной 16,7, не отмечено изменений проницаемости в шкале концентра­ция 2,4Д от 0,05 до 1%. Другое неионное ПАВ с ГФ/ЛФ=8,6 способствовало увеличению абсорбции 2,4Д в 10 раз при зна­чениях его концентраций, близких к 1%. Третье неионное и высоколипофильное ПАВ (ГФ/ЛФ =4,3) увеличивало погло­щение 2,4Д в 15 раз при всех заданных концентрациях от 0,1 до 1%. Эти исследования показали важную роль активного ингредиента, сопутствующего ПАВ, в регуляции абсорбции.

Опыты по поглощению и распределению метазола [2-(3,3-дихлордион)] в смеси с ПАВ (полисборбатом) при различ­ных соотношениях ГФ/ЛФ подтвердили, что эффект ПАВ об­ратно пропорционален значению ГФ/ЛФ. Среди различных параметров для достижения высокого эффекта абсорбции гаметоцида тканями соотношение ГФ/ЛФ в молекулах ПАВ— наиболее влиятельный фактор, определяющий степень аб­сорбции. Трудность подбора такого ПАВ для каждого опре­деленного гаметоцида связана с тем, что соотношение ГФ/ЛФ может в значительной степени координироваться сложной взаимосвязью химических и физических свойств активности ингредиентов смеси, морфологическими и цитологическими особенностями листа. Поэтому для каждой культуры необхо­дим дифференцированный подход при подборе ПАВ для по­лучения оптимального эффекта химической индукции муж­ской стерильности, вызываемой гаметоцидом.

Некоторые неионные ПАВ силикон-гликолевой природы по сравнению со стандартными неионными органическими ПАВ могут в большей степени повышать эффективность хи­мически активных веществ благодаря улучшению абсорбции тканями. Однако эта группа ПАВ, обладающая большей эф­фективностью, чем катионные аминосиликоны, имеет отрица­тельное свойство — низкую растворимость в воде [86]. Не­смотря на это при всем разнообразии применяемых в сель­ском хозяйстве химически активных веществ, в том числе и гаметоцидов, имеется возможность объединить препараты на основании одинакового характера абсорбции, что облегчило бы поиск и рекомендации ПАВ для этих групп.

Характер абсорбции некоторых фторсоединений подобен абсорбции 2,4,5-Т. Препараты наносили на листья капельным методом в смеси с ПАВ, характеризующимися различным со-

28

отношением ГФ/ЛФ: полиоксиэтилен (ГФ/ЛФ=20), сорби-тан монолаурат (ГФ/ЛФ=16,7), сорбитан моностеарат (ГФ/ЛФ =9,6) и полиоксиэтилен (ГФ/ЛФ=4). В июне наибо­лее эффективным было применение ПАВ в соотношении ГФ/ЛФ =9,6, в июле—августе — с соотношением 16,7. Абсорб­ция веществ, нанесенных на лист, осуществляется через три­хомы и устьица, откуда соединения распределяются латераль-но через эпидермальные клетки. При исследовании по подбо­ру .ПАВ для эффективной абсорбции веществ с гаметоцидной активностью для каждого вида необходимо учитывать (кроме .физико-химических характеристик самого препарата) стадию .развития растения и возрастные изменения морфологических характеристик листа, обусловливающие смачивающую спо­собность его поверхности и относительное значение специфи­ческой абсорбции [100].

ПРИМЕНЕНИЕ ГАМЕТОЦИДОВ(КОНЦЕНТРАЦИИ,ДОЗЫ И СРОКИ ОБРАБОТКИ)

Химические препараты как источники гаметоцидной ак­тивности были выделены из биологически активных веществ различного физиологического действия (ростактивирующие ве­щества, ретарданты, гербициды, растительные гормоны .и гор-моноподобные вещества и т. п.). Среди хорошо известных физиологически активных соединений гаметоцидная актив­ность была обнаружена у веществ, обладающих ретардант-к'ыми свойствами: этрела (этефон) — 2-хлорэтилфосфоновая кислота, далапона — 2,2-дихлорпро.пионовая кислота, ГМК.

Некоторые соединения, кроме фирменных названий, полу­чили определенные шифры как вещества, проявившие гамето-цидные свойства: мендок, или FW-450 (2,3-дихлоризомасля-ная кислота), FW-676 (кальциевая соль 2,3-дихлоризомасля-ной кислоты), G-315 (магниевая соль 2,3-дихлоризомасляной кислоты), u'niroyal D-513 (пропаргил 2-октосульфит), OCDP [N (р-алорфенил) - 2,4-диметил-6-оксо-3,6-дигидроникоти'новая кислота], RH-531 [натриевая соль 1-(р-хлорфенил)-1,2-дигид-ро-4,6-ди'метил-2-оксоникотино'вая кислота].

Первые опыты с применением этрела в качестве гаметоци­да для мягкой пшеницы были выполнены в 1961 г. К. В. Por­ter и A. F. Weise [116]. Предварительные эксперименты в ве­гетационных сосудах с сортами мягкой яровой пшеницы Marled и Thatcher дали обнадеживающие результаты. При обработке растений в фазы кущения, выхода в трубку и коло­шения растворами в концентрации 100, 250, 500, 750, 1000, 2000 и 2500 мг/кг из расчета 30 мл на сосуд с тремя растени­ями было установлено, что этрел, начиная с дозы 750 мг/кг, индуцировал 100%-ную стерильность у сорта Marfed. В этих

29

опытах исследователи впервые столкнулись с проблемой сор­товой специфичности ответной реакции на обработку гамето-цидом.

'Степень стерильности при тех же дозах этрела у сорта Thatcher была значительно ниже, чем у Marfed, так как Thatcher был менее чувствителен к 0'бработке препаратом. В полевых условиях опыты проводили с сортом мягкой озимой пшеницы Nugaines. Обработку этрелом осуществляли в те же фазы концентрациями 500, 1000, 1500, 2000 и 3000 мг/кг. Опытные и контрольные варианты размещали рядом с сорта­ми-опылителями, цветущими в разные сроки. Полная муж­ская стерильность была отмечена у растений пшеницы, обра­ботанных растворами этрела в концентрации 1500, 2000, 3000 мг/кг. Максимальная стерилизация достигалась при на­несении на растения растворов этрела повышенной концент­рации — 2000 и 3000 мг/кг в конце фазы выхода в трубку. При обработке в период колошения эффективность препара­та снижалась. В опытах сохранилась высокая степень жен­ской фертильности. Стерильные растения по морфологиче­ским признакам были сходны с растениями пшеницы, облада­ющими UjMC. Применяемые концентрации вызывали укора­чивание междоузлии и анормальное колошение отдельных растений [116].

Дальнейшие исследования были направлены на поиск эф­фективного сочетания оптимальных доз, концентраций и сро­ков обработки этрелом зерновых. Так, в экспериментах по 'ян-дуцированию мужской стерильности у растений мягкой пше­ницы, проведенных в условиях вегетационного домика и в по­ле, раствор этрела в дозах 500, 1000, 2000 и 3000 мг/кг нано­сили в начальной фазе выхода в трубку и в конце ее. Наибо­лее эффективными в данных условиях были дозы этрела 1000 и 2000 мг/кг. Несмотря на нежелательные явления (уси­ленное кущение, замедленное колошение, торможение роста и развития, морфологические анормальности, приводившие в ряде случаев к гибели растений, и, как правило, к сниже­нию урожайности), Р. L. Rowelil и D. G. Miller [122] считают, что надежды на этрел как на вещество, селективно вызыва­ющее мужскую стерильность, довольно обоснованны и имеют практические возможности, которые лимитируются лишь раз­работкой конкретных методов обработки.

J. Law и N. С. Stoskopf [95] применяли этрел в полевых условиях в различные фазы морфогенеза ярового ячменя. Авторы пришли к выводу, что в условиях Канады лучшим пе­риодом для обработки растений гаметоцидом является сере­дина фазы выхода в трубку (фенологически — период появ­ления предпоследнего листа) при одноразовом внесении до-

3J

зы 1,68 кг/га, которая давала приемлемый уровень мужской стерильности и не вызывала редукции женской фертильности. Этрел у ярового ячменя не проявлял гаметоцидного воздей­ствия на яйцеклетку и являлся более потенциальным стери­лизатором, чем другие применяемые с этой целью вещества, при условии его правильной комбинации с антиретардантны-ми компонентами.

При изучении оптимальных доз этрела (между 1000 и 2000 мг/кг) и времени его применения на пшенице (сорт Sirius) была поставлена цель — не только получить полную мужскую стерильность, но и устранить его побочное действие [80]. На основе предыдущих исследований было рекомендова­но применение этрела до начала мейоза в материнских клет­ках пыльцы, когда достигалась наибольшая степень индук­ции мужской стерильности у пшеницы [47]. Нанесение этрела после мейоза вызывало нежелательные явления, приводящие к уменьшению количества колосков в колосе, которое сопро­вождалось определенной степенью стерильности макрота'мет (в зависимости от дозы препарата). Концентрация этрела 2000 мг/кг, вызывающая стерильность пыльцы, может также приводить к частичной или полной задержке колосьев во вла­галищах листьев в результате сокращения соломины верхнего междоузлия. Наряду с этим, этрел стимулирует развитие, по­бочных стеблей, пыльцевые мешки которых часто находятся за пределами фазы применения этрела и не совпадают с премейотической фазой археспориальной ткани главного ко­лоса.

Подобные затруднения практического характера возника­ют в любом случае при использовании различных гаметоци-дов. '"Определенную степень стерильности можно химически индуцировать почти на всех этапах развития растений, за ис­ключением тех, когда уже сформировались зерна. Применение гаметоцкдов на ранних этапах развития растений не только индуцирует мужскую, а чаще общую стерильность, но и вы­зывает патологические формативные эффекты в раститель­ных тканях. В зависимости от того, на каком этапе произо­шло «включение сигнала» механизмов мужской стерильно­сти, можно получить различные типы мужской стерильности, которые классифицировали на 4 группы [64].

К первой группе относится стерильность, полученная за счет блокирования питания в результате прекращения разви­тия и нормального течения процессов мейоза во внешне нор­мальных материнских клетках пыльцы, что приводит к обра­зованию в открытых цветках пыльников, содержащих мона­ды или диады. Ко второй группе относится стерильность, при которой отмечена дезорганизация процессов в материнских

31

клетках пыльцы в течение I и II мейотических профаз, что вы­зывает иррегуляцию при расхождения клеток в процессе двух мейотических делений. В материнских клетках в данном слу­чае на стадии тетрад образуется изолированная группа кле­ток (более четырех), и микроспоры прекращают рост после ранней стадии развития экзины. Третья группа стерильности характеризуется анормально маленькой пыльцой с очень тон­кой экзиной. К четвертой группе относится тип мужской сте­рильности, обусловливающий формирование нормальной пыльцы, но без терминальной поры.

При испытании веществ на гаметоцидную активность и поиске оптимального сочетания доз, концентраций и сроков их нанесения необходим цитологический контроль за микро-и макроспорогенезом.

Для каждой культуры существует критический период, при котором применение препарата обеспечивает наибольший эффект мужской гаметоцидной реакции. Согласно получен­ным данным, стадия мейоза микроспорогенеза наиболее кри­тическая для применения этрела на зерновых, обеспечиваю­щая максимум индукции мужской стерильности. Этот период у пшеницы приходится на конъюгацию хромосом в течение мейоза и формирование поры пыльцевого зерна [47, 48]. Од­нако очень важным периодом для индукций мужской стериль­ности является, по-видимому, и премейотическая фаза [94, 98].

В опытах с сортами озимой пшеницы Безостая I .и Nugai-nes цитологически контролировали изменения в микроспоро-генезе в зависимости от сроков нанесения этрела. Отмечено, что наибольшая эффективность .индукции мужской стериль­ности достигалась при обработке растений в фазе двух- и трехъядерной пыльцы [30]. 'Под влиянием этрела уже на ста­дии двухъядерной пыльцы наблюдались аномалии в разви­тии вегетативного ядра, контролирующего трофические фун­кции при формировании пыльцевого зерна по отношению к спермиям [28]. Этим можно объяснить, что в пыльцевых зернах с возникающими под действием этрела митотически-ми нарушениями не накапливается крахмал [48]. Считают, что действие этрела связано с включением его в эпигенетиче­ские механизмы, действующие в период мейоза [30]. Это обу­словливает нарушение в координации трофических функций вегетативного ядра, переключая его на митотическое деление, т. е. на клеточном уровне этрел действует не как ингибитор роста, а наоборот, стимулирует вторичное деление ядер, ко­торые в норме никогда не делятся.

Точное определение критического периода воздействия га-метоцида имеет свои сложности, так как в литературе реко­мендована широкая шкала доз при использовании одного и

32

1

того же препарата на определенной культуре. Для этрела ре­комендуемые концентрации для обработки зерновых культур, включая тритикале, колеблются от 1500 до 10000 мг/кг [50, 116, 119, 125].

В условиях Италии почти полная мужская стерильность у яровой пшеницы была индуцирована при одноразовой об­работке растворами этрела с концентрациями 4000 н 8000 кг/га в раннюю фазу выхода в трубку. При этом отмече­но снижение урожайности до 40% [50]. В опытах с зерновы­ми, характеризующимися кущением, при котором появление боковых пооегов растянуто во времени как в пределах от­дельного растения, так и у различных представителей в по­пуляции, возникают трудности, связанные со спецификой дан­ной культуры.

В опытах, проведенных в Великобритании в 1973 г., в по­севах яровой пшеницы сорта Sirius на 1 апреля пыльники не­многих растений находились в премейотической фазе (наибо­лее эффективный период для нанесения препарата), 5 апре­ля — 5/%, а 10 апреля — 100% пыльников всех растений на­ходились в постмеиотической фазе и только третьи и четвер­тые цветки и молодые колоски имели более раннюю фазу развития [80].

С возрастом пыльники становятся менее чувствительными к этрелу, и для достижения нужного эффекта потерю чувст­вительности компенсируют повышением дозы гаметоцида. Од­нако при этом возникает опасность редукции женской фер-тильности. Сжатые сроки обработки (от 5 до 12 дней) между двумя периодами развития должны совпадать с премейотиче­ской фазой в археспориальной ткани и мейозом. Вторичную обработку следует проводить в конце мейоза. [47]. Таким об­разом, наиболее эффективный период воздействия этрела мо­жет включать мейоз и даже раннюю фазу развития пыльцы, но высокие концентрации препарата, необходимые для хо­рошей индукции мужской стерильности, влияют на рост и раз­витие самого растения. Разрыв во времени между двумя об­работками может быть более длительным (до двух недель) в зависимости от климатических условий (осадки, понижен­ная температура).

Трудность подбора определенного гаметоцида для любой культуры включает и климатические факторы. В условиях районов Онтарио (Канада) установлено, что этрел действует больше как ретардант, чем гаметоцид, при тех же дозах, ко­торые в других климатических зонах дают высокий уровень мужской стерильности [95]. При использовании этрела на яровой пшенице Sirius в условиях теплиц в концентрации 2000 мг/л перед окончанием мейотической интерфазы разви-

3—10287 33

тия микроспор достигалась полная'' мужская стерильность только в нижних цветках ранее образовавшихся колосков, и, хотя женская фертильность оставалась высокой, перекрестное опыление ограничивалось неполным выходом колоса .из вла­галища верхнего листа вследствие сильного укорачивания стержня колоса [80]. Этого удалось избежать путем последу­ющего опрыскивания растений (через 2—5 дней) растворами ГКз в концентрациях 100—300 мг/л. Данные дозы не оказы­вали влияния на индуцированную этрелом муждкую стериль­ность в условиях теплицы, но в полевых опытах ГКз в соче­тании с этрелом действовала как синергист в процессах сте­рилизации пыльцы; в результате оказалось возможным умень­шить дозы этрела.

На участке гибридизации отмечено нормальное выколаши-вание 17 сортов пшеницы при дозе этрела 6,4—12,8 кг/га и ГКз — 1,1 кг/га. Выход гибридных семян составлял 60— 75%. Однако этот показатель можно улучшить, если обраба­тывать этрелом одновременно не все сорта, а каждый в от­дельности в соответствии с наступлением оптимального сро­ка опрыскивания [80].

Обнадеживающие результаты, полученные с этрелом на яровой пшенице, не получили подтверждения в опытах с ози­мой пшеницей, в которых этрел (2000 и 4000 мг/кг) вызывал лишь частичную стерильность, редуцировал женскую фер­тильность, тормозил рост и развитие как всего растения, так и самого колоса, негативно влияя на формирование семян

[67].

Этрел, натриевую соль ГМК, а также новые препараты испытывали в качестве гаметоцидов в Нечерноземной зоне РСФСР на посевах сортов мягкой (Московская 21, Минская и др.) и твердой (Гордеиформе 432) пшениц. Установлена различная реакция сортов на действие препаратов. При обра­ботке этрелом отмечено меньшее количество цветков с недо­развитыми пыльниками у сорта Минская и образца СВ 6009 по сравнению с сортами' Гордеиформе 432 и Московская 21. Так, в 1973 г. двукратная обработка растений раствором эт­рела в концентрации 0,6% снижала количество зерен в коло­се у сорта Минская с 22,9 до 9,5, а у Гордеиформе 432 — с 19,2 до 0,2 [36].

Количество цветков с индуцированной мужской стериль­ностью увеличивалось по мере повышения концентрации ра­створа. Если принять количество зерен главного колоса конт­рольных растений сорта Московская 21 за 100%, то у обра­ботанных этрелом (концентрация раствора 0,3%) растений их число составляло 64,4%. Повышение концентрации гамето-цида приводило к более резкому снижению количества зе-

34

рею при концентрации 0,4% получали 46% зерен по сравне­нию с контрольными растениями, при 0,45% — соответствен­но 32%, при 0,50% — 23%, при 0,55% — 15%, а при 0,60% — только 13,3% [36].

В опытах также было установлено ингибирование роста растений, торможение удлинения последнего междоузлия, в результате чего, особенно в засушливые годы, часть колосьев частично или полностью не выколашивалась. Побочное отри­цательное действие этрела несколько снижалось при исполь­зовании раствора ГКз, наносимого отдельно и совместно с га-метоцидом [37].

Судя по редукции женской фертильности, которая сопро­вождает процессы абортивности пыльцы при обработке зер­новых этрелом, это соединение не обладает высокой селек­тивностью гаметоцидного действия. Многие авторы [50, 75, 85, 95, 116] при рекомендации этрела как препарата с гаметоцид-ной активностью не учитывают вносимой дозы, а указывают только концентрацию и сроки обработки. Целесообразно диф­ференцировать эти дозы в зависимости от климатических факторов, сортовых особенностей культуры и ее чувствитель­ности. к препарату.

В трехлетних опытах, проведенных в условиях Нечерно­земной зоны с сортами озимой мягкой пшеницы Миронов­ская 808, Мироновская юбилейная и Немчнновская 121, была установлена возможность успешной стерилизации пыльцы 0,5% -ным водным раствором этрела при внесении его опти­мальной дозы — 0,8 г действующего вещества на 1 м². Срок обработки — конец фазы выхода в трубку (VI — начало VII этапа органогенеза). Лучшие результаты стерилизации были достигнуты при температуре 18°. Более высокие температуры снижали эффективность препарата. В. М. Сотник [33] реко­мендует использование этрела в качестве гаметоцида озимой мягкой пшеницы с учетом разработанной им в данной клима­тической зоне дозы внесения препарата и сроков обработки районированных сортов.

Однако ряд исследователей [36, 67, 122, 125] на основании полученного экспериментального материала высказывают оп­ределенные сомнения в перспективности этрела как гамето­цида для зерновых.

Поиск гаметоцидов, селективно индуцирующих мужскую стерильность основных зерновых культур, остается острой проблемой сельскохозяйственной науки. Он ведется не толь­ко в направлении подбора оптимального сочетания дозы и сроков нанесения уже известных гаметоцидов, но .и развива­ется более интенсивно при выявлении новых веществ, гамето-цидные свойства которых проявляются без сопутствующих не-

З* 35

желательных действий, свойственных этрелу. Поэтому испы­тание новых химических соединений на гаметоцидную актив­ность проводят параллельно с этрелом, являющимся контро­лем, по которому судят о наличия или отсутствии у химиче­ских соединений, наряду с гаметоцидным эффектом, того или иного негативного действия, свойственного этрелу.

Так, в штате Алабама (США) в течение вегетационного периода 1971—1973 гг. в полевых условиях на гексаплоидных тритикале 6ТА 131, 6ТА 385 и 6ТА 204 были проведены парал­лельно с этрелом испытания новых соединений, проявивших гаметоцидные свойства — RiH-531 д uniroyal D-513. В опытах 1971—1972 гг. этрел испытывали в концентрациях 100, 250, 500, 1000, 2000 и 4000 мг/кг путем опрыскивания в три срока:

начало, середина и конец фазы выхода в трубку. Так как при этих концентрациях этрела была достигнута недостаточная степень стерильности, в опытах 1972—1973 гг. его применяли в те же сроки, но в более высоких концентрациях — 2500;

5000, 7500 и 10000 мг/кг. Параллельно проводили испытание RH-531 я uniroyal D-513 в концентрациях 1500, 3000 и 6000 мг/кг с применением ПАВ orto-HDD (5 мл на 1л). Об­работка высокими дозами этрела, особенно в ранний срок фа­зы выхода в трубку, оказывала отрицательное влияние на за­вязывание семян. Реакция трех линий тритикале была различ­ной: для 6ТА 131 концентрация этрела 4000 мг/кг отрицатель­но действовала на рост и развитие, для 6ТА 385 и 6ТА 204 наиболее неблагоприятной была концентрация 10000 мг/кг [125].

Самыми чувствительными к обработке гаметоцидами были растения тритикале 6ТА 131. Высокий уровень стерильности у них достигался при обработке RH-531 (концентрации 1500 и 3000 мг/кг) перед фазой выхода в трубку или в ее ранний срок. Препарат uniroyal D-513 в данных условиях был наиме­нее эффективным. Ценным качеством обоих препаратов явля­лось то, что они в меньшей степени, чем этрел, редуцировали завязывание семян. Однако оба препарата, особенно RH-531, вызывали некроз и пожелтение листьев после обработки, спо­собствовали уменьшению длины колоса и высокой плотности упаковки семян в колосе [125].

Действие RiH-531 изучали также на двух сортах яровой пшеницы Anza и Ехора. Одноразовое опрыскивание дозой 2 кг активного вещества на 1 га до начала мейоза вызывало максимум аборт.ивности пыльцы. Сорт Anza был более чувст­вителен к этому гаметоциду. Дальнейшее испытание препара­та необходимо было проводить с учетом его действия на жен­скую фертильность. В опытах отмечены отрицательные по-

36

бочные действия препарата на рост, развитие растений и жен­скую фертильность [85].'

На трех сортах озимой пшеницы параллельно с этрелом исследовали влияние препаратов uniroyal D-513, RiH-531, RH-532, RH-2956 и DPX-3778, комбинируя дозы и сроки обра­ботки. Каждый препарат, наряду с гаметоцидньши свойства­ми, проявлял негативное действие, вызывая хлороз растений (RH-531, RIH-532), повышенную ломкость стеблей и прежде­временное их пожелтение (DPX-3778), снижение продуктив­ности зерна до 60% от контрольного варианта [67]. Это сви­детельствует о неперспективности применения данных соеди­нений в качестве гаметоцидов в широких масштабах на зер-новы.х культурах.

•Использование этрела как селективного индуктора муж­ской стерильности на других сельскохозяйственных культурах -до настоящего времени не дало ощутимых результатов. Эт­рел применяли для индукции мужской стерильности сахар­ной свеклы с целью успешной гибридизации между любыми популяциями этой культуры и устранения длительного и до­рогостоящего процесса создания аналогов селекционных ли­ний с ЦМС [69]. В зависимости от генотипа этрел индуциро­вал различную степень стерильности пыльцы сахарной свек­лы, но эти же концентрации вызывали фитотокоический эф­фект, что резко снижало урожайность семян. Поэтому данный гаметоцид едва ли может быть перспективным для этой куль­туры. При внесении гранулированного этрела в почву под са­харную свеклу также получены негативные результаты [68]. На основании опытов S. С. Phatak [115], который получил 100%-ную стерильность пыльцы у некоторых видов сорняков при внесении гранулированного этрела в почву, была сделана попытка избежать фитотоксического эффекта, вызываемого этрелом при опрыскивании.

,В вегетационных опытах этрел вносили в почву в разные сроки микроспорогенеза: в период премейотической стадии, 'мейоза и после окончания мейоза. Дозы этрела составляли 200, 400, 800 и 1600 мкг/г сухого вещества почвы. Все дозы тормозили рост и развитие растений пропорционально внесен­ному количеству препарата. При одноразовом применении эт-'рел был более эффективным, чем при внесении той же дозы по частям. Дозы 800 и 1600 мкг/г вызывали гибель всех рас­тений. Двукратное внесение 25, 50 и 70 мкг/г (этрел частично деградирует в течение 15 дней), хотя и способствовало абор-тивности пыльцы, но не могло быть рекомендовано для прак­тического применения из-за сильного фитотоксического дей­ствия. Таким образом, этрел пока не оправдал себя как гаме­тоцид для сахарной свеклы.

37

Однако опыты с этрелом могут служить примером того, как не следует окончательно отказываться от веществ с га-метоцидной активностью, не проявивших себя на основных сельскохозяйственных культурах. Реализация эффекта гете­розиса с помощью этрела была достигнута на растениях се­мейства Cucurbi'taceae. При опрыскивании листьев растений огурца Cucumis sativus L. растворами этрела в дозе 240 мг/л в 2 приема или 120 мг/л в 4 приема развивались только жен­ские цветки [122].

У растений клещевины этрел не оказывал влияния на из­менение пола цветков даже в более высоких дозах, чем те, при которых он вызывал превращение мужских цветков в гер-мафродитные у представителей семейства Cucurbitaceae [51, 84].

Очевидно, не менее важным условием, чем гаметоцидные свойства вещества, является специфика метаболизма культу­ры, функциональное состояние «первичного места действия» гаметоцида, что определяет способность клетки воспринимать индуцирующее действие гаметоцидного эффекта.

У растений огурца та.кже отмечено формирование пестдч-ных цветков вместо мужских при двукратном опрыскивания раствором этрела в дозе 50 мг/л [44]. У тыквенных образова­ние мужских цветков достигалось путем опрыскивания рас­тений раствором этрела в концентрациях от 50 до 100 мг/л. У дыни концентрация этрела 150 мг/л вызывала изменения в экспрессии пола у 84,6% .мужских цветков [49].

На основе проведенных исследований предполагают полу­чать семена гибридов Cucurbita pepo L. и Cucurbita maxima Duch. на промышленной основе путем индукции мужской сте­рильности при двукратной обработке растений растворами этрела в концентрации 350 мг/л с учетом температуры и влажности [96].

•В настоящее время среди огромного числа соединений различных классов, обладающих физиологической активно­стью на растениях, выявлено относительно небольшое коли­чество веществ с гаметоцидным действием. Важнейшими фи­зиологически активными соединениями являются гибберел-лины (ГКз) 'и гетероауксины (2-индолилуксусная, 2-нафтил-уксусная, 2,3,5-трийодбензойная кислоты), соли ;и эфиры 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты, 4-хлор-2-мет'илфеноксиук-сусной и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусной кислот.

Из соединений алифатического ряда гаметоцидную актив­ность проявили 2,3-дихлоризомасляная кислота, 2,3-дяхлор-пропионовая, 2,3,3,3-тетрахлоризомасляная, 2,2,3-трихлормас-ляная, 2,2,3-тpиxлopизo^lмacлянaя, 2,2-дихлорпроп.ионовая.

38

.Эти 'соединения, применяемые вначале как гербициды, про­явили различную степень гаметоцидной активности, будучи апробированными на ряде сельскохозяйственных культур [102, 103, 124]. Среди перечисленных кислот рекомендованы как перспективные гаметоциды: натриевая соль 2,3-дихлор-изомасляной кислоты (фирменное название мендок, или FW-450), кальциевая соль (FW-676) и магниевая соль 2,3-ди-хлоризомасляной кислоты (G-315), 2,2-дихлорпропионовая кислота (далапон). При нанесении водных растворов этих со­единений на листья препараты поглощаются тканями листо­вой пластинки и проникают через проводящую систему к ге­неративным органам. Опыты с применением радиоактивных изотопов показали, что FW-450 аккумулируется в пыльниках в больших количествах, чем в яйцеклетке [26]. Однако содер­жание препарата, отмеченное в яйцеклетке (при концентра­циях, вызывающих гаметоцидный эффект), достаточно, что­бы вызвать побочные нежелательные действия — редукцию женской фертильности.

Препараты FW-676 и G-315 применяли для стерилизации пыявцы у овса в фазы выхода в трубку и начала колошения. Оба соединения оказались слабоэффективными для этой культуры [116].

'При изучении в полевых условиях возможности химиче­ской кастрации растений озимой ржи с помощью FW-450, ГМ)К.'и далапона установлено, что обработка растений FW-450 в концентрации 1% при дозе 2,5 мл на растение в конце фазы кущения и в начале выхода в трубку снижала фертильность пыльцевых зерен без значительного повреждения женских ге­неративных органов [102, 103]. При обработке растений 0,5°/о-ным раствором далапона в начале фазы выхода в труб­ку или 0,05%-ным раствором ЛМК в дозе 5 мл на растение в конце фазы выхода в трубку — начала колошения были получены оптимальные результаты для этих соединений. Од­нако и в данных условиях оба препарата вызывали наруше­ния в росте и развитии растений и стерилизацию не только мужских, но и женских генеративных органов, что сопровож­далось снижением завязывания семян [102, 103]. По-видимо­му, эти явления связаны не только с концентрацией препара­та, дозами растворов и числом опрыскиваний, но и с взаимо­действием препарата с объектом обработки.

Z. Natrova [102, 103] считает, что результаты химической кастрации далапоном, FW-450 и ГМК, при указанных дозах;

концентрациях и сроках обработки могут быть использованы для замены ручного кастрирования при скрещивании с целью получения большего количества гибридных семян озимой рж.и, чем теоретически ожидаемые 50% при свободной панмик-39

сии обоих партнеров, а также в случае изучения гетерозиса прд диаллельном скрещивании.

НЕКОТОРЫЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГАМЕТОЦИДОВ

Повышенная проницаемость тканей у растений с ЦМС яв­ляется отрицательным фактором, способствующим проникно­вению различного рода инфекций. Доказано, что мембраны митохондрий растений кукурузы с цитоплазматически насле­дуемой мужской стерильностью характеризуются повышенной чувствительностью к патотоксину, выделенному из Helmin-thosporium maydic, раса Т., так как структура и проницае­мость мембран митохондрий стерильных растений отличают­ся от митохондриальных мембран фертильных растений [46, 133]. Гибель стерильного аналога наступала в результате раз­общения окислительного фосфорелирования патотоксином в митохондриях, что обусловливало дисбаланс энзиматиче-ских реакций [114]. Указанное явление связывают также с из­менениями в мембранах митохондрий с мужской стерильно­стью и отводят в этом значительную роль белкам внутренней мембраны [63].

Повышенная чувствительность растений с ЦМС к инфек­циям и факторам окружающей среды, вероятно, имеет более сложный биохимический базис, и трудность поддержания ли­ний с ЦМС обусловливает необходимость поисков эффектив­ных гаметоцидов, селект.ивно индуцирующих мужскую сте­рильность без сопутствующих побочных явлений, снижаю­щих урожайность. Одним из нежелательных факторов при использовании рекомендованных в настоящее время гамето­цидов (этрел, ГМ'К, FW-450) является повышенная проница­емость мембран и клеточных стенок, способствующая раз­витию различного рода инфекций.

Определенная фитотоксичность производных феноксиуксус-ной кислоты и ал.ифатических хлорсодержащих кислот также способствует снижению урожайности, а часто и гибели рас­тения. Под воздействием производных феноксиуксусной кис­лоты в растительных тканях изменяются соотношения самих фенольных соединений клетки. Разностороннее влияние фё-нольных компонентов в растениях и их участие в регулирова­нии ростовых процессов посредством связи с фитогормона-м.и свидетельствуют о важности этой группы соединений для нормального или абортивного течения процессов спорогенеза. Наиболее чувствительными к воздействию производных фе­ноксиуксусной кислоты и алифатических кислот являются флавоноиды, оксикумарины и бензойные кислоты [II]. Этим,

40

по-видимому, объясняется различная степень токсичности большинства гаметоцидов, относящихся к данным типам сое­динений, так как накопление свободных фенольных произ­водных (агликонов), обладающих высокой токсичностью, должно инактивироваться в тканях путем образования глю-козидов [42, 136]. Однако низкое содержание моносахаров и высокая активность глюкозидаз при нанесении этого типа препаратов на растения приводят к тому, что у обработанных растений наблюдаются фитотоксические эффекты и степень поражения зависит от чувствительности вида или сорта к этим препаратам [22, 38]. Углеводный обмен у растений с ЦМС изменяется следующим образом. Цитоплазматическая мужская стерильность у растений сопровождается наруше­нием синтеза и обмена углеводных компонентов, что выража­ется в низком содержании крахмала (при параллельном уг­нетении активности амилазы) и значительном увеличении дефицита Сахаров по мере развития микроспор [41, 87].

Соединения, обладающие гаметоцидными свойствами и от­носящиеся к производным феноксиуксусной кислоты, наряду с гаметоцидным эффектом, как правило, оказывают тормозя­щее, действие на рост и развитие растения, что негативно ска­зывается на урожайности [33, 35, 37]. Сумма всех нежелатель­ных .неустранимых до сих пор воздействий этой группы пре­паратов объясняется скорее всего аддитивным эффектом са­мого препарата и эндогенных фенольных соединений. Роль фенольных компонентов у обработанных растений изменяется существенным образом. Ауксины и гиббереллины, ответствен­ные за рост и развитие растений, частично или полностью инактивируются в результате блокирования фенольными сое­динениями их ферментных систем, а эндогенные фенольные ингибиторы, особенно продукты их окисления — хиноны, ока­зывают непосредственное влияние на ростовые процессы и вызывают фитотоксические эффекты у растений [12, 18, 22].

Поскольку физиологическая активность большинства сое­динений, обладающих гаметоцидными свойствами, проявля­ется в меристеме, чувствительность растений к ним должна контролироваться генетически. Установлено, что чем чувстви­тельнее сорт к действию далапона, тем интенсивнее ответная реакция, т. е. метаболические сдвиги в синтезе РНК и белка [13].

Физиологическая активность 2,4Д проявляется в первич­ных и вторичных меристемах. Интенсивность проникновения 2,4Д-—2¹⁴C из листьев в стебель и к генеративным органам растений, чувствительных к этому препарату, существенно от­личается от устойчивых видов [38]. Быстрая аккумуляция пре­парата меристемой наблюдается у растений в следующем по-41

рядке: горчица > подсолнечник > фасоль > соя > 'хлопчат­ник. Слабая аккумуляция меристематической тканью отмече­на у культур: тимофеевка < пшеница < огурец < клубника. Эффект препарата (и его фитотоксичность) зависит от под­вижности соединения, его иммобилизации и высокой скоро­сти метаболизма вещества в тканях. У устойчивых растений энзиматическое преобразование препарата приводит к ниве­лированию эффекта его действия. Влияние препарата тем сильнее, чем длительнее его присутствие в тканях в неизмен­ном виде. Этим объясняется широкая шкала доз гаметоцидов не только для различных культур, но и в пределах определен­ной культуры в зависимости от сортовых особенностей. Так, этрел расщепляется в тканях, имеющих слабокислую реак­цию [47].

При сравнении действия 2,4Д на относительно чувстви­тельную яровую пшеницу (сорт Лютесценс 758) и яровой яч­мень (сорт Винер), отличающийся устойчивостью к хлорфе-ноксикислотам, установлено, что при обработке в одну и ту же фазу (5—6-го листа) у пшеницы наблюдалось угнетение ро­ста, сопровождающееся частичным повреждением растений, у ячменя та же доза (0,7 кг/га) стимулировала рост и раз­витие растений [10].

В опытах по индукции мужской стерильности у проса об­наружена сортовая специфика при воздействии 2.4Д [40]. Ско­роспелые сорта при морфологически одинаковой фазе разви­тия по сравнению с позднеспелыми сортами обладали иным этапом органогенеза. Эффективность гаметоцида зависела не только от концентрации и наносимой дозы, сорта и фазы раз­вития в момент обработки, но и от погодных условий. Поэто­му, наряду с основной концентрацией, рекомендуется приме­нять две смежные. Кроме сортовых показателей, высокогете-розисное растение обладает защитным действием против хи­мической обработки [361.

Отрицательным явлением при использовании гаметоцидов является .их высокая биологическая активность, что резко су­жает практический диапазон концентраций препаратов. Кро­ме хорошо изученных фенольных соединений, производные тиокарбаминовой кислоты, диазинов, анилинов при рекомен­дуемых для борьбы с сорняками дозах вызывают нарушения в мейозе и гаметогенезе, в результате чего отмечена частич­ная или полная стерилизация пыльцы у диплоидных расте­ний сахарной свеклы. Генеративные органы тетраплоидов от­личались большей устойчивостью к действию этих препара­тов Г39].

Все исследователи, работающие с гаметоцидами, пришли к выводу, что эффективность любого вещества с гаметбцид-

42

ными свойствами зависит от генотипа, окружающих -условий, дозы и концентрации препарата, этапа органогенеза, времени обработки, а также числа обработок. В экспериментах, про­веденных в вегетационном домике с растительным материа­лом, выравненным по развитию, при контролируемых услови­ях опыта, оптимальных и константных условиях внешней среды получают очень хорошие результаты, которые в поле­вых условиях трудно повторить.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время в основном известны изменения мета­болических процессов, происходящие в растительном орга­низме в результате воздействия растворов химических соеди­нений, обладающих гаметоцидной активностью. При этом эф­фект гаметоцидов по своему действию на проницаемость кле­точных мембран аналогичен эффекту стерилизующей цито­плазмы при перемещении в нее ядра, т. е. применение этих препаратов вызывает мужскую, а порой — и частично жен­скую стерильность. Аналогичные явления наблюдали при изу­чении мужских стерильных аналогов сортов пшеницы на ос­нове цитоплазмы Aegilops ovata L. и Ае. caudata L.

Для создания мужских стерильных (кастрированных) рас­тений с целью получения гибридных семян первого поколения выявлены и предложены для исследований некоторые химиче­ские соединения — этрел (этефон), ГМК, нафтилуксусная кислота .и др. При испытании этих соединений в различных странах мира прежде всего с целью разработки некоторых элементов технологии их использования и определения эф­фективности не было получено 100%-ной стерилизации муж­ского гаметофита при обработке посевов в период выхода в трубку, а также в другие фазы развития. Кроме того, приме­нение указанных гаметоцидов задерживало прохождение фе­нологических фаз у растений, а также выколашивание части стеблей.

Однако, несмотря на отрицательные побочные действия гаметоцидов, применение их в ближайшей перспективе может открыть путь к реализации эффекта гетерозиса у зерновых (особенно пшеницы), технических, овощных и кормовых куль­тур. Поэтому весьма важно продолжать поиски новых ве­ществ с гаметоцидньши свойствами и выявлять их эффектив­ность путем тщательного изучения доз и сроков их примене­ния для каждой культуры и сорта в определенной природно-климатической зоне.

43

Л ИТЕРАТУРА

¹!. Анащенко А. В. Достижения и перспективы селекции подсолнеч­ника. М., ВНИИТЭИСХ, 1977, 53 с.

2. Б а л и н а Н. В. Действие повышенных температур на рост пыльце-.вых трубок. — Физиология растении, 1976, т. 23, № 4, с. 805—8Я1.

3'. Барская Е. И., Балина Н. В. О роли каллозы в пыльниках ра­стении. — Физиология растении, 1977, т. 18, № 4, с. 716—721.

4. Барская Е. И., Балина Н. В., .К а наш Е. В. Влияние засухи на динамику каллозы в пыльниках растений. — Доклады АН СССР, 1973 .т. 208, № 2, с. 476—478.

5. Батыгина Т. Б. Эмбриология пшеницы. Л., «Колос», 1974, 206 с.

6. Борисенко Л. Р., Дмитриева А. Н. Окислительно-восстано­вительные процессы у форм пшеницы с цитопаазматической мужской сте­рильностью. — Селекция и семеноводство. .Киев, «Урожай», 1975, вып. 30, с. 69-75.

7. Брежнев Д. Д., Шмарае® Г. Е. Селекция растений в США. М., «Колос», 1972, 296 с.

8. Б р и т и к о в Е. А. Биологическая роль пролина. М., «Наука», 1975, 87 с..

9. Буш Г., Кнехт М., О л сон М., С т арбу к В. К. Современное состояние исследований белков ядрышка. — В кн.: Клеточное ядро, мор-фолотия, физиология, биохимия. М., «Наука», 1972, с. 99—1!12.

10. Воеводин А. В., Н е в з о р о в а Л. И. Различия в действии 2,4Д и симазина на фосфорный обмен гороха и некоторых злаков. — Ме-.ханиэм действия гербицидов и синтетических .регуляторов и их судьба в биосфере. Х Международный симпозиум. Пущино. Издательство АН СССР, '1975, ч. 1, с. 67—70.

М. Вольте ц А. П., Пальченко Л. А. О взаимодействии герби­цидов с фитогормонами. — Доклады АН БССР, 1972, т. 16, № 10, с. 930— 933.

'12. Волы не ц А. П., Пальченко Л. А. Изменения фенольного комплекса растении при воздействии гербицидами. — Механизм действия гербицидов и синтетических регуляторов и их судьба в биосфере. — Х Международный симпозиум. .Пущино. Издательство АН СССР, 1975, ч 1 с. 97—100.

J3. Деева В. П., Шелег 3. И. О механизме действия .'производных алифатических 'карбоновых кислот. — Механизм действия гербицидов и синтетических регуляторов и их судьба в биосфере. Х Международный симпозиум. Пущино. Издательство АН СССР, 1975, ч. 1, с. 60—64.

14. Дельштедт Р., Хюбнер Г., Хиршберг К. Связывание аук­синов с белками мембран проростков. — Механизм действия гербицидов и синтетических регуляторов роста растений и их судьба в биосфере. Х Международный симпозиум. Пущино. Издательство АН СССР 1975 ч. 1,_с. 54—57.

15. Дмитриева А. Н., Борисенко Я. 'В. Некоторые биохимиче­ские особенности ЦМС и восстановление фертильности у пшеницы. — Вестник сельскохозяйственной науки Украинской академии сельскохозяй­ственных наук. Харьков. Издательство АН УССР, 1973, № 1, с. 39—40.

44

16. Дмитриева А. Н., Хавжинская О. Е. Биохимические осо­бенности растений сорго с ЦМС. — В кн.: Селекция и .семеноводство. Киев. «Урожай», !1975, вып. 30, с. 30—38.

'17. Д у л и н А. Ф. Влияние регуляторов роста на процесс фотофосфо-релирования. — Механизм действия гербицидов и синтетических регуля­торов роста растений и их судьба в биосфере. Х Международный симпо­зиум. Пущино. Издательство АН СССР, 1975, ч. 1, с. 89—92.

КЗ.-Змртал 3., Махачкова А. Роль пероксидазы в метаболизме фенольных соединений и индолилуксусной кислоты. — Механизм действия гербицидов и синтетических регуляторов роста растений и их судьба в биосфере. Х Международный симпозиум. Пущино. Издательство АН СССР, 1975, ч. 1, с. 109—113.

•19. 'Калинин Ф. Л., Борейко В. К. Новые данные о механизме действия гидразида малеиновй кислоты. — Механизм действия гербици­дов и синтетических регуляторов роста растений и их судьба в биосфере. Х Международный симпозиум. Пущино. Издательство АН СССР, 1975, ч. 1, с. 9—12.

'20. Кал1н1н Ф. Л., MixHO А. 'М. Бюсинтез пантотеново! кислоти в чолов1чих репродуктивних органах кукурудзи при стерилгзацп. — Нау-ков1 пращ!. КиГв, 1971, вью'. 50, с. 50—52.

21. Ладонин В. Ф., Пронина Н. Б. Действие 2,4Д на активность аденилаткиназы и метаболизм адениннуклеотидов в растениях гороха и ячменя в связи с условиями фосфорного питания. — Механизм действия гербицидов и синтетических регуляторов роста растений и их судьба в биоафере. Х Международный симпозиум. Пущино. Издательство АН ССОР, 1975, ч. 1, с.'47—49.

22. Лама н Н. А. Влияние 2,4Д на качественный состав флавоноидов люпина желтого. — Механизм действия гербицидов и синтетических ре­гуляторов роста растений и их судьба в биосфере. Х Международный симпозиум. Пущино. Издательство АН СССР, 1975, ч. 1, с. 117—120.

'23. Либерман Е. А., Топалы В. П., 3 и л ь'б ер ш т е й.н А. Я., О х л о б ы с т и н О. Ю. Подвижные переносчики ионов и отрицательное сопротивление мембран. 1. Разобщители окислительного фосфорелирова-ния — переносчики протонов. — Биофизика, 1971, т. ;16, № 4, с. 615—625.

124. Либерман Е. А., Цофина Л. М., Арчаков А. И., Д е в и-че некий В. М., Карузина И. И., Карякин А. В. Липофильные анионы — новый класс ингибиторов реакций гидроксилирования. — До­клады АН СССР, 1974, т. 218, № 5, с. 1239—1241.

25. Л и х о л а т Т. В., Поспелов В. А., Морозова Т. М., С а л -га ни к Р. И. О механизме действия ауксина на клетки разного возра-.ста. — Механизм действия гербицидов и синтетических регуляторов ро­ста растений и их судьба в биосфере. Х Международный симпозиум. Пу­щино. Издательство АН СССР, 1975, ч. 1, с. 112—116.

26. М i х н о А. М. НуклеТнов! кислоти та азотов! сполуки в суцв1ттях 'кукурудзи при х1м1чн1й стерил1зац11. — Науков! пращ УСГА, 1971, вып. 40, с. 54—56.

27. Палилова А. Н. Цитоплаэматическая мужская стерильность у растений. Минск. «Наука и техника», 1969, 209 с.

'28. Поддубная-Арнольди В. П. Цитоэмбриология покрытосе­менных растений. М., «Наука», 1976, с. 68—142.

29. Ракитин Ю.В., В л а д им ир ц е в а -С. В., Николаева Л. А. Действие гидразида малеиновой кислоты на обмен РНК и белка в почках картофеля. — Механизм действия гербицидов и синтетических регулято­ров роста растений и их судьба в биосфере. Х Международный симп'ози-ум. Пущино. Издательство АН СССР, 1975, ч. 1, с. 7—9.