Гаметіціди та їх застосування в селекції

Всесоюзної ордена Леніна Академії сільськогосподарських наук імені В. І.
ЛЕНІНА

Всесоюзний науково-дослідний інститут інформації та техніко -економічних досліджень з сільського господарства

Оглядова інформація М. А, Федін, Т. О. КУЗНЕЦОВА

ГАМЕТОЦІДИ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ У селекції

Москва - 1977

УДК е3.1.5В7ЛЗ < p> 'Гаметоціди - хімічні сполуки, застосування. яких у певніетапи розвитку рослин призводить до загибелі чоловічого Гаметофіт-та в результатіпорушенні метаболічних процесів у період формування пилкових зерен.
Дія гаметоцідов на фізіолого-біохіміче-ські процеси в клітиніаналогічно стерилізуючий цитоплазмі при переміщенні в неї ядра, щовикликає чоловічу стерильність.
Дослідження, проведені в ряді країн, у тому числі і в СРСР, дозволиливиявити ряд хімічних сполук, що індукують чоловічу стерильністьу ярої та озимої пшениці, жита та інших сільськогосподарських культур.
Використання гаметоцідов дозволяє організувати Промислове. Виробництвогібридного насіння зернових та інших сільськогосподарських культур. Однакотримані гаметоціди викликають ряд небажаних побічних явищ:значне інгібування росту, затримку 'в проходженні. фенологічнихфаз і д'р. Тому необхідний подальший пошук нових хімічних сполук,що володіють гаметоцід-ної активністю.

ВСТУП

| Зростання народонаселення планети, необхідність підвищення темпіввиробництва продуктів сільського господарства визначають пошук новихнапрямів в селекції сортів і гібридів - основних засобівсільськогосподарського виробництва. Останнім часом широкі дослідженнягетерозису пшениці, жита, ячменю, соняшнику, цукрового буряку,бавовнику, ряду овочевих, баштанних, квіткових, декоративних культур ікормових трав показали, що гібриди першого покоління цих рослинзабезпечують збільшення врожаю на 20-25% і більше в порівнянні зрайонованими сортами [1,7, 35, 36].

Практичне використання гетерозисних ефекту можливе лише заумови добре налагодженого виробництва гібридне насіння в значнійобсязі. У низки культур, що володіють високим коефіцієнтом розмноження насінняі низькою посівної нормою (кукурудза, томати та ін), виробництво гібриднихнасіння може бути організовано при ручному кастрації материнських рослин знаступним вільним або примусовим запиленням. Однак для більшостіоброблюваних рослин цей метод непридатний, тому що витрати праці,необхідні для отримання гібридного насіння першого покоління, не окупаютьсядодатково одержуваної продукцією.

В даний час в результаті використання явища цитоплазматичноїчоловічої стерильності (ЦМС) отримані гібриди першого покоління пшениці,сорго, кукурудзи, цукрових буряків, томатів, цибулі, солодкого перцю і налагодженемасове виробництво гібридного насіння. Близькі до завершення дослідження зстворення гібридів жита і соняшнику [35]. Поряд з цим при селекції зтоматами намагаються застосувати форми з функціональної чоловічої стерильністю
[36]. 'Створення чоловічих стерильних ліній, відбір ліній - закріплювачівстерильності і форм, які відновлюють фер-тільность, значно ускладниливедення селекції я насінництва. Тим часом основним недолікомвикористання системи «ЦМС - відновлення фертильності» при отриманнінових гібридних комбінацій схрещувань є постійна необхідністьстворення стерильних аналогів і ана -логів '- відновників фертильності нових високопродуктивних сортів ісамозапилення ліній.
Порівняно недавно для індукції чоловічої стерильності на рослини впевні фази розвитку впливали різними фізичними факторами
(скорочений світловий день, високі та низькі температури та ін) [2, 48, 97,
130]. Незважаючи на отримані позитивні результати »через відсутністьтехнічних засобів для масового виробництва гібридного насіння ці прийомине були впроваджені в практику.
• Певні успіхи у розробці методів чоловічої стерильності рослинбули досягнуті за допомогою ряду хімічних сполук - розчинів солейфеноксіуксусной кислоти, гідразіда малеїновий кислоти (ГМ1К), етрела, індо -лілуксусной кислоти (ІУК), нафтнлуксусной кислоти (НУК), гібереліни
(ДКЗ) і деяких інших, названих гаметоцідамі. Цей термін - похідневід двох слів:гамета - по-грецьки статева клітка, цідо - латиною вбивати. УНині в ряді країн Європи і в США проводять дослідження звиявлення хімічних сполук, що мають гаметоцядной активністю дочоловічих гамет-фіту рослин, і розробляють способи їх застосування длямасового виробництва гібридного насіння різних сільськогосподарськихкультур. Використання методів хімічної індукції чоловічої стерильності узернових, технічних, овочевих та кормових культур дозволить отримати насіннягібридів першого покоління, залучаючи в селекційний процес найбільшвчинені сорту без створення їх стерильних аналогів і ліній, що несуть генивідновлення фертильності.
Подолання труднощів, що перешкоджають ефективному використаннюгаметоцідов, значною мірою залежить від визначення суті процесустерилізації, в основі якого лежать конкретні фізіолого-біохімічнізміни в тканинному метаболізмі спорогенеза, що викликають анормальну врозвитку пилкового зерна з наступною його абортивного. У зв'язку зпрактичними запитами фізіологія розвитку пилку привертає особливуувагу.
Цитологічні, цитохімічних І фізіолого-біохімічних досліджень
Формування чоловічих гаметофіту
Мужской Гаметофіт покритонасінних рослин - мікроскопічна структура,яка в період ранніх стадій розвитку оточена тканинами пильовика ібезпосередньо контактує з клітинами тапетума, метаболізм яких тіснопов'язаний з розвитком пильцевьгх зерен, особливо в критичніперіоди перетворення материнських клітин пилку в ГАП-лоідние мікроспорія.
Так як найбільша ефективність дії гаметоцідов припадає на періодформування зошити і пов'язана з біохімізмом їх розвитку, виникаєнеобхідність у детальної інформації про ранніх фазах розвитку пилковогозерна в материнській клітині пилку.
За допомогою електронної мікроскопії встановлено, що до мейозу материнськіклітини пилку в пильовика пов'язані між собою і з клітинами тапетумацітоплазматлческімі містками (плазмодесмамі) [5, 59]. Перед стадієюлептотени профази 1 починаються перетворюючі процеси в оболонках імембранах мікроспороцітов, які швидко обволікає шаром каллоза,що представляє собою (3-1,3-свя-занний полімер глюкози [130]. Цез'єднання локалізується між оболонками материнської клітини пилку іклітинною мембраною. З початком стадії лептотени плазмодесми, що з'єднуютьклітини тапетума і мікроспороцітов, зникають. Шар каллоза продовжуєтовщати, проте деякі райони оболонок мікроспороцітов не покриваютьсякаллоза, тут сусідні материнські клітини пилку контактують один з,одним за допомогою широких цітоплазматічесііх перетяжок, названихцітоміксіческімі каналами [28]. У більшості видів рослин всімікроспороціти мейотіческой профази взаємопов'язані. Така цитоплазматичнаспільність - найважливіший фактор підтримки тісному синхронності мейотіческіхстадій. Цітоміксіческіе канали починають зникати до кінця мейотіческойпрофази I, а в телофазе I їх кількість зовсім незначно, до початку жпрофази II материнські клітини пилку повністю ізолюються один від одногокаллознимі оболонками. Після мейозу каллоза утворює між чотирмагаплоїдний суперечками тонкий прошарок (стадія зошит), і кожна спорустає повністю ізольованою від інших. Припускають, що вформування каллозних оболонок залучений апарат Гольджі [137].
Процес формування оболонки пилкового зерна починається незабаром післязавершення мейозу і протікає між клітинною мембраною я каллознойоболонкою в кожній суперечці тетради. Первинним матеріалом для побудовиоболонки є прімекзіна. Після розвитку прдмекзіни синтезуєтьсяпопередник зрілої екзіни, морфологія якого. залежить від йогохімічного складу. За своїми властивостями ця речовина схоже зпротоспорулліном. На даному етапі кал-Лозно оболонка зникає, суперечкишвидко збільшуються в розмірах (у 3-5 разів) і інтенсивно синтезуютьспорополле-нін [70, 71]. Після звільнення із зошита в мікроспоріяформується інтіна, що містить мікрофібрялли целюліт-5зи, які утворюють матрикс з пектинові матеріалом, ге-міцеллюлозой інезначною кількістю білка. До повного дозрівання пилкові зернопокривається різними похідними що розпадається тапетума --каротиноїди, ліпідами, білками та іншими сполуками [130]. Приподальших фазах розвитку пилку ефективність дії га-метоцідовзнижується [47, 65, 75, 80, 102].

Ранні етапи розвитку пилку тісно пов'язані з функціональною активністютапетума. Цитохимические і ультраструктурні дослідження свідчать,що тапетум функціонує як джерело живильного матеріалу при розвиткупилкового зерна. У покритонасінних встановлено два основних типи тапетума:гландулярний, при якому клітини в міру розвитку пилкових зерендегенерують до П9лного автолізом, і амебоідний [76]. В останньому клітинивтрачають свою оболонку, і протопластів тапетума розподіляється міжрозвиваються пилковими зернами, утворюючи тапетальний періплазмодій [61].
Мембрани такого тапетума можуть проникати в екзіну пилку. Поживнийматеріал транспортується з клітин та'петума (можливо, попередньоМетабо-лі'аіруется їм) до пилкових зернам. [62]. Взаємодія тапетума іщо розвиваються мікроопор максимально проявляється при розчиненні каллознихоболонок мікроспорія. Зникнення каллоза супроводжується розвитком каллазнойактивності. Ензим локалізована в везикул цитоплазми тапетума [130].

Дослідження (3-1,3-глюканазной активності протягом мей-Узза я розпадузошити показало, що активність ензиму різко зростала, починаючи з IIмейотдческого поділу, досягала максимуму в фазу звільнення мікроспорія ззошити і зберігалася потім протягом 48 год [82, 131]. Доказомвзаємозв'язку між країнами, що розвиваються пилковими зернами і тапетумом, а такожпідтвердженням кардинальної ролі тапетума в освіті пилку служатьроботи з ЦМС [59, Gl, 62, 76].
У зв'язку з тим, що застосування гаметоцідов має на меті індукцію чоловічийстерильності рослин, для з'ясування можливих механізмів діїречовин з гаметоцід-'ной активністю необхідна порівняльна оцінка іаналіз морфологічних, цитологічних та фізіолого-біохіміче-ських відмінностейфертильних рослин і ліній з ЦМС. Порівняльна анатомія і біохімія тканинпиляків нормальних і стерильних рослин свідчать, щоабортивного розвиваються пилкових »х зерен є результатом включенняабо вимкнути більш ніж одного механізму, а також порушень регуляторнихпроцесів на різних рівнях 6контролювання метаболічних шляхів [62, 94, 98, 111]. Відзначено, що увсіх вивчених ліній з ЦМС 90% рослин обла ^-дали нормальним ходоммікроспорогенеза до певної фази, на якій починалася абортивногопилку, і лише у 10% рослин анормальну виявлялася ще до стадії,обумовлює абортивного в результаті більш ранніх порушень нормальнихметаболічних циклів. У більшості видів (близько 70%) деградація мікроспоріяприпадала на період, починаючи з мейозу 1 і включаючи інтерфазу мікроспорія
[94].

Однією з причин, що викликають ЦМС рослин, є функціональніпорушення у метаболізмі тапетума. Ретельне вивчення цієї тканини уфертильних і стерильних ліній, а також у відновників фертильності соргопоказало, що у фертильних ліній після мейотіческой профази I тапетумшвидко зменшувався в радіальної протяжності [52]. У стерильних пильовикарадіально розширений тапетум обумовлює абортивного мікроспорія, іперіод його розростання припадає на стадію вакуолізація мікроспорія.
Тапетум стерильних пиляків по протяжності (у ширині) і морфології маєбільш широку шкалу мінливості, ніж у фертильних ліній. 'Розміри ширинитапетума стерильних пиляків пов'язують з дегенеративними процесами вмікроспорія [62, 109, 111].

• При цитологічних дослідженнях клонів їжаки збірної з ЦМС не булозазначено відхилень у розвитку пильовика протягом архіспоріальной стадії істадії материнської клітини пилку в порівнянні з нормальними рослинами [94,
117]. Перші ознаки відмінностей у розвитку з'являлися в початкові фазимейозу, що виражалося в руйнуванні деяких мікроспороцітов, в результатічого утворювалося малу кількість зошитів у рослин з ЦМС. Одночасноу стерильних рослин спостерігалося більш швидке дегенерірова-ние тапетума,ніж у фертильних. При порівняльному дослідженні мікроспорогенеза ірозвитку пилку у фертильних і стерильних рослин льону встановлено, щостерильність пилку у цієї рослини досягалася анормальних розростаннямклітин тапетума, які повільно дегенерував в порівнянні з тапетумомфертильних рослин, у яких величина цієї тканини швидко зменшувалася,особливо після стадії зошит. Очевидно, передчасне або пізнішевключення деградатівньгх механізмів тапетума може бути причиноюфункціональної чоловічої стерильності. У різних видів рослин ці механізмимають свій специфічний характер, що необхідно враховувати при підборігаметоцідов, їх доз і строків обробки.
• Цитологічні дослідження пшениці показали, що на клітинному рівні ЦМСвиражається у зменшенні розмірів і числа органел, що характеризуються низькоюфізіологічною активністю і досить швидким дегенерірованіем [59]. Уфертильних пилкових зерен органели клітин рясні.

Різний рівень метаболічної активності тапетума в нормальних істерильних пильовика і тривалість його функціонуванняконтролюється цитологами реакцією Фельгена. Ядра клітин тапетуманормальних пиляків інтенсивно фарбуються до формування материнськоїмікроспорія, після чого забарвлення прогресивно зменшується в міруколлапсірованія тапетума. У тканинах тапетума стерильних пиляківфарбування ядер продовжує здійснюватися інтенсивно після формуваннязошити і трохи знижується в процесі розвитку мікроспорія [94].
Отже, функція тапетума нерозривно пов'язана з його певною роллюпри абортивного мікроспорія. У нормальних пиляків тапетум отримуєнеобхідний поживний матеріал, що поставляється рослиною, і перетворює йогодля формуються мікроспорія, що підтверджується надходженням картоплю-ген -позитивних речовин в материнську мікроспорія під час мейозу [93].
Тапетум стерильних пиляків має більш низький рівень метаболічноїактивності, про що свідчить як низька ензиматичні активність, такі зміна надходження Фельген-позитивного матеріалу в спорогенниеклітини в критичні періоди їх формування.

У процесі 'хімічної індукції чоловічої стерильності може відбуватисявключення тих самих механізмів, що і пр.і абортивного чоловічого гаметофітустерильних аналогів, де стерильність обумовлена ЦМС. Обробка рослинкоріандру, вікі та цибулі 0,01%-им розчином ГМК викликала 100%-вустерильність у всіх трьох рослин [60, 89, 90]. Після нанесення гаметоцідана рослини коріандру тапетум збільшувався і існував аж до стадіївакуолізація мікроспорія. У контрольних рослин тапетум дегенерував післямейозу. У цибулі Г1МК, включався в процеси формування пилку, сприяючипередчасного дегенерірова-нію спорогенной тканини і материнських клітинпилку. У коріандру хімічна індукування чоловічої стерильностіпроявлялося цитологічних - розмір ядер не змінювався, а клітини тапетумазначно видовжувалися.

Припускають, що втручання різних факторів в метаболізм клітинтапетума призводить до деградації і'х вмісту і, в першу чергу,дезокоірібозідов - основ-
8ного синтетичного пулу ДйК, необхідного для нормального розвиткуматеринської клітини пилку і мікроспорія. Порушення діяльності тапетума приснабжеаіі живильним ^ матеріалом спорогенной тканини, викликане різнимипричинами, обумовлює початок процесів деградації материнської клітинипилку [134, 137].
Цитологічні дослідження пиляків рослин з АУК-син-індукованоїстерильністю, вирощених при тривалому освітленні, показали, щохімічні та фізичні фактори можуть сприяти передчасному де -генерування?? тапетума з наступним зниженням нормального пересуванняживильного матеріалу до спорогенной тканини. В процесі нормального розвиткупилку в початкових (самих ранніх) етапах мікроспорогенеза тканини тапетумарозростаються і тільки після завершення формування мікроспорія в материнськійклітці пилку дегенерують. При гормональної індукції чоловічої стерильностігібереліни (ДКЗ) і в умовах тривалого природного освітлення
• відзначена зворотна кореляція у взаємодії мікроспорія. І тапетума.
Більшість мікроспорія стають великими, сильно вакуолізірованньші, зядром, притиснутим до клітинної. стінці. Клітини тапетума утворюють щільнуоболонку навколо
• порожнини пилкового мішка. Частина мікроспорія дегенерують до вакуолізація, алебільша їх кількість абортіруется при цвітінні [94].

Аберація мікроспорогенеза в результаті продовженого дня, мабуть,пов'язана з раннім розпадом клітин тапетума. Подібний ефект може бутидосягнуто шляхом обробки ауксини, висока концентрація якоговиявлена в тканинах рослин при тривалому фотоперіоде [78]. Цепідтверджує гіпотезу про вплив фотоперіода на підлогу шляхом регулюванняметаболізму ауксинів в рослинних тканинах [84, 88].

Вважають також, що порушення функцій тапетума в харчуванні, що розвиваютьсямікроспорія не є безпосередньою і єдиною причиною абортивногопилку [46, 107].

При порівняльних дослідженнях пилку і розвитку
• пиляків ліній пшениці з ЦМС і нормальних рослин встановлено, щодеградатівние процеси в розвиваються пилкових зернах починаються знезбалансованого надходження поживних речовин у тапетум в результатіпорушень функціональної активності васкулярній системи тичіночних ниток
[31, 32, 87]. Останні у стерильних рослин мали слабкодиференційовані васкулярній тяжі (або вони були відсутні), у той часяк у нормальних тичинок судинні елементи були добре диференційованіна

9ксиліт і флоему. Спостерігається зниження акумулювання крохмалю в тканинахтапетума і відсутність запасного крохмалю в зрілих мікроспорія єнаслідком редукції пересування розчинів (зокрема вуглеводів) втичинки стерильних рослин [87]. Порушення структури васкулярній елементівпри дії речовин з гаметоцідной активністю може бути одним заспектів їх дії, тим більше, що обробка гаметоці.д 'а'мі, якправило, супроводжується зменшенням розмірів пиляків і довжини тичіночнихниток [20, 59].

Передчасне деградування тапетума 'або. більш тривалийіснування інтактних клітин тапетума в пильовика з чоловічоюстерильністю, індукованої хімічними препаратами, мабуть,є результатом взаємозв'язку хімічно активних речовин здеградатівнимі ензимами (несвоєчасна їх індукція або блокування) [56,
60, 74].

При дослідженні причин абортивного пилку встановлено підвищенняактивності кислих фосфатаз в тканинах нормальних пиляків до стадії зошити,після якої активність ензімтав різко знижувалася з подальшимдегенерірова-ням тапетума [56]. У тканинах стерильних пиляків активністьензимів була набагато нижче, і набряклий тапетум розчавлювали мікроспорія [82].

. Подібний дисбаланс у ензиматичного системі стерильних пиляків буввідзначений S. Izhar і R. Frankel [82] при порівняльному вивченні каллазнойактивності. У зв'язку з тим, що період розвитку каллазной активності чітковстановлений в часі і має певний оптимум кислотності (р.н 5),автори виміряли in vivo pH різних стадій мікроспорогенеза. У фертильнихпиляків аж до пізньої стадії зошити р.н становила близько 7, потімзнижувалася до 6, що супроводжувалося розчиненням каллоза. У пильовикарослин ліній з ЦМС pH зазвичай або низька - тоді ензиматичні розпадкаллоза материнської клітини пилку починається раніше нормальних строків, абовисока - тоді спостерігається сильна активність ензиму, починаючи з профази 1протягом усього мейозу, викликаючи цитологічні порушення. Передчаснепідвищення каллазной активності може бути причиною негайного руйнуванняматеринської клітини пилку. Гальмування енеіматіческой активності кал-лазиблокує розпад каллозной оболонки материнських клітин пилку, в результатімікроспорія втрачають свої нормальні обриси і деградують.

Ці дослідження дозволили виявити нові причини абортивного пилку іпоказали, що в основі індукції чоловічий
10стерильності лежить дисбаланс у чітко скоординовані біохімічнихреакціях і порушення в послідовності - ". нзіматіческіх циклів.
Зміна чіткого ритму ензиматичного активності каллази призводить додеградації, що розвиваються мікроспорія [2, 3, 4]. Експериментально встановлено,що період формування зошити є найбільш ефективним для застосуванняпрепаратів з гаметоцідной активністю.
. Можлива участь гаметоцідов в процесах, що обумовлюють гальмуванняабо. передчасне звільнення мікроспорія з материнської клітини пилку,ймовірно, пов'язано з впливом сполук з гаметоцнднимі властивостями нарівні ензиматичного активності каллази. Своєчасна індукція і розвитоккаллазной активності - критичний період для нормального розвитку чоловічогогаметофіту.
Для успішних пошуків нових речовин, що володіють гаметоцідной активністю,необхідно мати у своєму розпорядженні достатньої інформації про метаболізм спорогеннойтканини і тапетума, а також про взаємозв'язок вх обміну. Електронно -мікроскопічні спостереження показали, що за нормальної метаболічноївзаємозв'язку між клітинами тапетума і розвиваються пилковими зерна неспостерігається ніяких аномалій [78]. Згідно з наявними даними важковизначити, тапетум або спороціти є 'ініціатором-в порушеннівзаємозв'язку.
Одним з можливих шляхів з'ясування механізму індукції чоловічийстерильності є дослідження біохімічної активності тканин. Придослідженні пиляків і екстр-актів листя пшениці встановлено, щочоловіча сте 'рільность пилку супроводжується репресією активностітермінальних оксидаз. Рівень активності цітохромоксіда-зи в тканинахфертильних рослин в порівнянні зі стерильними набагато вище [18, 27].
Подібне явище відзначено в тканинах рослин з генетичної чоловічийстерильністю [46]. Цитохромоксидази - невід'ємний компонент мито-Хондрит,тому низьку активність дихальних ензимів рослин з ЦМС можнапояснити дисбалансом мітохондрій-альних ензиматичних систем [128].
Мітохондрії, виділені з стерильного матеріалу (паростки пшениці з
ЦМС), характеризувалися більш високою окисної фосфорілазнойактивністю, ніж мито-Хондрит з проростків з нормальною цитоплазмою [129].
Біохімічні дослідження і спостереження електронної мікроскопіїпідтвердили, що чоловіча стерильність тісно пов'язана зі зміноюфункціонального стану цих структур клітини (15, 16, 63]. Відновленняфертильності в лініях

11з ЦМ'С супроводжується одночасним усуненням відхилень у структуріцитоплазматичних органел і різних порушень в метаболічнихпроцесах [27, 46]. Отримані додаткові докази на підтвердженнягіпотези, що зміни в метаболізмі мітохондрій пов'язані з механізмамиіндукції чоловічої стерильності. Передбачається, що включення останніхвикликає репресію синтезу білків внутрішньої мембрани мітохондрій [63,
114].

Однак було б помилкою вважати, що тільки функціональна активністьмітохондрій є основою виникнення цитоплазматичної чоловічоїстерильності. Її індукція базується на змінах у широкому діапазонібіохімічних реакцій, що обумовлюють порушення в молекулярних компонентахрізних клітинних структур і цитоплазми, що супроводжується появоюбілків з анормальне Ен-зіматіческой активністю. У результаті цихзмін виникає дисбаланс у ензиматичних системах або ж повна їхблокування [8, 15, 20,82].

Для отримання ЦМС шляхом хімічної індукції у сільськогосподарськихкультур необхідно детальне вивчення метаболізму ДНК, РНОК і білка встерильному і фертильному матеріалі з цитологічним і цитохімічнимзіставленням отриманої інформації. Зміни в змісті ДНК, РНК табілка в пильовика кукурудзи вивчали методами цітохіміі і мікроденсітометріі
[101]. У процесі спорогенеза розрізняли три піки інтенсивного синтезунуклеїнових кислот. Перший пік відповідає премейотіческому періоду іранньої профазі, другий - припадає на інтервал між пізнім мейозом істадією зошити, третя (найменший) - відповідає періоду,попереднього мітозу мікроспорія. Протягом першого піку встановлена самависока швидкість росту спорогенной тканини і тапетума за активної синтезімолекулярних компонентів в обох тканинах. У другому піку активний синтез
ДНК, PlHiK і білка здійснюється в основному в тканинах тапетума. Гальмуваннязростання і паралельно синтезу цих молекулярних структур у спорах починаєтьсяв період третього піку, при дегенерірованіі тапетума. В даний частапетум розглядають як можливе джерело попередників нуклеїновихкислот для формуються мікроспорія, які отримують матеріал для синтезу вформі розчинних попередників або у формі ДНК з низькою молекулярноювагою [111, 130].

Основна акумуляція PlHiK в спорогенной тканини відбувається протягоммейотіческой профази, включаючи стадію па-хітени материнської клітини пилку. Утканинах тапетума накопичення РНК припадає на той же період (профази-зи-12готена-пахітена) [98]. Таким чином, відразу після синтезу ДНК на ранніхетапах спорогенеза до мітозу в мікроспо-пах продукується РНК спорогеннойтканини, причому 75% стане в нагоді на рибосомальних РНК - на форми 16S і 28S.
Акумулювання форм p: PHiK 4S і 5S здійснюється інакше, ніж основних формpPlHK, і пік їх акумуляції спостерігається в кінці інтерфази мікроспорія [112].
У пилкової зерні основний синтез PHiK, ДНК і білка відбувається на більшпізній стадії - після мітозу в мікроспорія. . У цитоплазмі пилкового зернасинтез усіх форм РНК поліостью припиняється в останні 48 годин формуванняпилку [94]. Біосинтез нуклеїнових кислот і процеси, пов'язані з їхобміном, зазнають певних змін під впливом сполук згаметощіднимі властивостями.
Встановлено, що у фертильних суцвіть кукурудзи інтенсивний синтез ДНКздійснюється на ранніх етапах мік-роспорогенеза, але в міру завершенняформування пилку настає гальмування синтетичних процесів [20]. Приобробці рослин гаметоцідамі (0,15%-им розчином три-атаноламіновойсолі ГМК або 0,8%-вим розчином натрієвої солі сф-діхлорізомасляной кислоти
(FW-450), комбіновано 0,8%-вим розчином FW-450 і 0,1%-вим розчиномгнбберелліна) вміст ДНК на всіх етапах формування пилку кільказбільшилося незалежно від застосовуваного гаметоціда. Це пояснюєтьсягальмуванням клітинного розтягування під впливом обробки гаметоцідамі, ввнаслідок чого зменшуються розміри клітин в спорогенной тканини та перерахунокна взяту навіску дає підвищений вміст ДНК, не пов'язане з процесамиакумуляції нуклеїнових кислот [34].
Комбінована обробка з гібереліни (FW-450 + + гіберелін)викликає якісні зміни в молекулах ДНК, що призводить до порушеньмітозів і деградації ядра. Відзначено, що розчини ГМК і FW-450 по-різномувпливають на інтенсивність біосинтезу РНК у чоловічих репродуктивних органахкукурудзи [26]. Паралельно було встановлено, що форми проявустерильності (морфологіче-скіе_йзмененія) знаходилися в залежності відзастосовуваного речовини. Застосування ГМК на кукурудзі викликало гальмуванняосвіти РНК, і гаметоцід виступав тут як інгібітор синтезу РН.К,обумовлюючи гальмування клітинного подовження. Морфологічно це виражалосяу зменшенні розмірів суцвіть, відсутності в більшості випадків колосківна латеральних гілочках і в редукції листя. Спори-генні тканини або зовсімне формували пилку, або вона була нежиттєздатна. Дія FW-450 приданої концен-

13траціі'не викликала значних змін у синтезі ДНК і PiHK, процесиспорогенеза в кукурудзи протікали нормально [20, 26].
У фертильних рослин високий вміст PiHIK зазначено на більш ранніхетапах формування пилку я подальший синтез РНК здійснювався більшактивно [94, 98, 137].
Специфічність дії гаметоціда обумовлена різними факторам.і:близькістю його хімічних характеристик до аналогам синтетичних пулівклітини; можливістю енеіматіческого перетворення в клітинній системі всубстрат-подібний продукт мул, і в активний проміжний метаболітпевних енздматіческіх систем; наявністю гормональних властивостей абоконформаційної подібності з молекулами індукторів 'або репресор.
Вплив препаратів з гаметоціднимі властивостями пов'язано з фізико -хімічними характеристиками сполук (висока електрофільні,здатність до хелатірованію і т. д.), в результаті яких можуть змінюватисяр1Н клітини і 'іонна сила в критичні стадії розвитку спорогенной тканини
[82].
Дослідження впливу етрела на мейотіческіе процеси в спорогенной тканинипиляків пшениці Triticum aestivum L. показали, що індукція чоловічийстерильності пов'язана з розпадом етрела в рослинних тканинах з виділенняметилену, молекули якого володіють гормональними властивостями [47, 97].
Припускають, що етилен, як і багато гормонів, впливає на функціональнийстан мембран, змінюючи активність РНК полімерази. Таким чином вінможе впливати на процеси транскрипції, особливо ділянок ДНК,відповідальних за синтез довгоживучих мРНК, транскрибуються до мейозу, аленеобхідних для нормального перебігу мейотіческіх процесів [58, 98].
'В результаті можливих порушень у синтезі різних форм PlHiK привключення гаметоціда в метаболізм клітини неминуче виникають анормальнуу синтезі білка. У нормально розвивається спорогенной тканини і вмікроспорія активний синтез білка припадає на ранню мейотіческуюпрофазу, його активність дещо знижується в зіготене - пахітене і зовсімнезначна в період формування зошити [101]. Тапетум як тканинапроявляє дуже високу метаболічну активність протягом усього періодумікроспо-рогенеза аж до повного автолізом, тому відводити Тапе-ТУМутільки секреторну роль - значить обмежити його різноманітніфізіологічні функції [108]. Відзначено, що пул ДНК тапетума недостатній,щоб служити джерелом для формуються мікроспорія [98]. Можливо,тапетум постачає мікроспорія розчинними ДНК попередниками,
14як це було показано з екзогенно доданим міченим ти-мідіном, якийшвидко проникав в тканини тапетума і включався в ДНК мікроспорія [72]. Найбільшімовірно, що синтез РНК в тапетуме і мікроспорія материнської клітини пилкунезалежний. Однак це не виключає, що тапетум, особливо в ранній періодформування мікроспорія, частково поставляє попередників РНК успорогенную тканина [94]. У тапетуме є досить великий рибосомальнихпул, який, очевидно, повністю деградує разом з ним або можепоставляти попередників РНК для останнього періоду синтезу РНК ущо розвиваються спорах [101].

Роль тапетума у білковому синтезі може бути пояснена з точки зорусинтезу специфічних ензимів, связаннь1х з мейозом або іншими процесамив спорогенной тканини. Припустимо участь тапетума і в розподілі білковогорезерву. Висока пропорція piPHK в його тканинах свідчить про синтезбілків de novo, частина, з которьгх відкладається як запасні в мікроспорак
[28, 137]. Обробка гаметоціднимі препаратами викликає репресіюсинтетичних процесів білка в результаті втручання цихфізіологічно активних речовин у взаємозв'язок процесів ДНК-РНК-білок
[13, 19,29, 30, 104, 120]. З'ясування сутності процесів індукції чоловічийстерильності лежить у цій галузі. Ефект ГМК на ростові процесиза допомогою дії інгібітора на обмін нуклеїнових кислот --експериментально встановлений факт [29]. Значний вплив справляє
ГМК на рибосомальних фракцію РНК шляхом змін у процесах біосинтезу ДНК
[19]. Можливо, що специфічність дії ГМК проявляється на рівнірепресії синтезу біокаталітичні активних білків саме тієї фракції,яка відповідальна за синтез і розпад ДНК. При дії ГМК настаєзменшення фосфорелірованних багатих лізином гістонових фракцій, кількістьяких у актівноделящіхся клітинах при нормальних фізіологічних умовахзначно вище. Така зміна в співвідношенні гістонових фракційвпливає на матричну активність ДНК, що призводить до порушеннямейотіческого циклу. Не виключено, ч?? про зміни співвідношення форм гістонівпід впливом ГМК створює умови для атаки і розщеплення ДНК'азой доступнихділянок ДНК, про що свідчить зростаюча активність цього ензиму урослин, оброблених ГМК [19].

ГМК як гаметоцід не виявляє високої селективності дії, тому щопаралельно впливає на мери-стематіческую тканину, де стимулюєпроцеси розпаду і пригнічує синтетичну активність клітин [29].
Очевидно,

15
'цим пояснюються негативні ефекти, які спостерігаються при обприскуванні рослинрозчинами ГМК: затримка в рості і розвитку, морфологічні аномалії і т.д. [20, 125].

Зміни в діяльності центрів, що програмують природу синтезованих білків і регулюючих їх синтез, при включенні механізмів стерильності викликають складні зрушення у ферментативних системах. Низька активність різних ензіматшческіх комплексів стерильних аналогів озимої пшениці та пригнічення активності окислювально-відновлювальних процесів, що лежать в основі метаболізму, проявляються на ранніх етапах формування, розвитку і мікроспорія [6, 128]. Дезорганізація в ензиматичних системах викликає дисбаланс у амінокислотного, вуглеводному і нуклеїнових пулах.

Хлоровані похідні аляфатіческіх карбонових кислот, які застосовуються як гаметощідов, викликають накопичення в тканинах пиляків великої кількості амінокислот (а-аланіну, р-аланіну, аспарагінової , глутамінової, се-рина та ін), одночасно різко знижується вміст про-ліаа [8, 26,
43].

При порівняльних дослідженнях чоловічої стерильності у різних видів рослин відзначені зміни у співвідношенні окремих амінокислот у амінокислотної пулі. Кількісний та якісний склад амінокислот обумовлені механізмами цитоплазматичної регулювання та специфікою метаболізму рослини. Так, у стерильних пильовика сорго в порівнянні з фертильністю встановлена анормальну акура ^-муляція гліцину і занижене зміст аспарагінової. Кислоти, серину і аланіну. М. W. Brooks, J. S.
Brooks і-L. Chien [52] вважають, що в даному випадку специфічним ознакою, що обумовлює чоловічу стерильність, є блокування гліцину у синтезі пурину. У інших ліній сорго з ЦМС виявлено підвищений вміст трео-нина в порівнянні з фертильністю рослинами. Пильовики останніх включали більше аланіну, глутамінової кислоти і тирозину [43].
Ймовірно, від типу стерильності і етапу, на якому виникають порушення в синтетичних процесах. Клітини, залежить накопичення чи інгібування утворення певних амінокислот.

. Порівняльні дослідження вмісту амінокислот у різних рослин з різними формами чоловічої стерильності (функціональної, цитоплазматичної та ядерної) показали, що у всіх випадках було високий вміст аспа-Рагіна 'і низьке - проліну в порівнянні з фертильністю рослинами [26, 43, 46].
Подальші експерименти підтвер-

дили, що пильовики стерильних аналогів ліній, отриманих на основіцитоплазми Т. timopheevi, характеризувалися
-високим вмістом вільного аспарагіну і низьким