Comparative embryological study of some Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) accessions with different seed-setting ability from the VIR collection | Сравнительно-эмбриологическое исследование некоторых образцов топинамбура (Helianthus tuberosus L.) из коллекции ВИР, различающихся завязываемостью семян

English. Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) is a valuable agricultural plant, characterized by mostly vegetative propagation and depression of sexual process. This feature notably impedes breeding improvement of both Jerusalem artichoke and its hybrids with sunflower. A detailed investigation of possible reasons for the failure of seed setting is very important for this crop. Jerusalem artichoke accessions from the VIR collection: cvs. 'Topianka' (k-70), 'М-24-29' (k-90), '2М-22-29' (k-119), 'Skatovsky' (k-123), and 'Kievsky krasny' (k-170), grown at Maikop Experiment Station of VIR, were examined. The material for embryological analysis was fixed at the stage of anthesis, processed, and analyzed at the Embryology and Reproductive Biology Lab of the Komarov Botanical Institute. A cytomorphological analysis of pollen grains and examination of anther walls and ovules with embryo sacs showed that from 51 to 95% of the pollen grains and from 23.1% to 66.6% of the embryo sacs were formed normally. Abnormalities in female reproductive structures appeared more frequently but they did not determine the poor seed setting. Among the studied accessions, both cvs. 'Kievsky krasny', with the greatest number of abnormalities in male and female reproductive structures, and 'Topianka', with the smallest number, produced almost no seeds. The greatest number of seeds (from 207 to 1164) were set in '2M-22-29', with the medium amount of normal generative structures, both male (pollen fertility was 81%) and female ones (59.4% of viable embryo sacs). Self-incompatibility observed in cv. 'Topianka' could cause the pollination failure, destruction of normal embryo sacs, and seed production decrease. Thus, a combination of several factors (absence of developmental abnormalities in generative structures, crosspollination, and a compatible pollinizer) is necessary for successful seed setting in Jerusalem artichoke.

Russian. Топинамбур (Helianthus tuberosus L.) – с.-х. культура c преимущественно вегетативным размножением и угнетением полового процесса, что затрудняет селекционную работу с ним и приводит к сложностям в получении межвидовых гибридов при использовании в селекции подсолнечника. Актуально выявить причины отсутствия семенного размножения. Исследовались образцы коллекции ВИР, сохраняемые на Майкопской опытной станции – филиале ВИР: 'Topianka' (к-70), 'М-24-29' (к-90), '2М-22-29' (к-119), 'Скатовский' (к-123), 'Киевский красный' (к-170). Соцветия для эмбриологического анализа зафиксированы в фазе цветения. Материал обработан для получения постоянных препаратов для световой микроскопии в лаборатории эмбриологии и репродуктивной биологии БИН РАН. Цитоморфологический анализ мужского гаметофита – пыльцевого зерна (ПЗ), стенки пыльника, а также исследование развития семязачатка и в нем женского гаметофита – зародышевого мешка (ЗМ) показали, что от 51 до 95% образующихся ПЗ и от 23,1 до 66,6% ЗМ сформировано нормально. Аномалии развития чаще отмечались в женских репродуктивных структурах, но и они не являются решающим фактором плохой завязываемости семян. Так, для сорта 'Киевский красный' отмечается наибольшее количество аномальных генеративных структур, а для сорта 'Topianka' – наименьшее, но у обоих почти не образуются семена. Больше всего семян (от 207 до 1164 шт.) завязывалось у сорта '2M-22-29', который характеризуется средними показателями в мужской (фертильных ПЗ 81%) и в женской сфере (жизнеспособных ЗМ – 59,4%). Невозможность опыления вследствие самонесовместимости, отмеченная для сорта 'Topianka', приводит к старению и деструкции нормально сформированных ЗМ, а также уменьшает семенную продуктивность. Для успешного завязывания семян необходимо сочетание ряда факторов – отсутствия отклонений в развитии генеративных структур и наличия перекрестного опыления и правильного (совместимого) опылителя.