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].