scbookБиология растений и садоводство: теория, инновацииPlant Biology and Horticulture: theory, innovation2712-7788Federal State Funded Institution of Science “The Labour Red Banner Order Nikitsky Botanical Gardens – National scientific Center of the RAS”scbook-811Research ArticleЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ПРИРОДЫECOLOGY AND NATURE PRESERVATIONРазвитие мужской генеративной сферы Quercus Ilex L. (Fagaceae) в условиях Южного Берега КрымаDevelopment of the male generative sphere of Quercus ilex L. (Fagaceae) in the conditions of the Southern Coast of CrimeaКузьминаТ. Н.KuzminaТ. N.

Татьяна Николаевна Кузьмина

298648; спуск Никитский, 52; Республика Крым; Ялта; Никита

298648; Nikitsky Descent, 52; Republic of Crimea; Yalta; Nikita

tnkuzmina@rambler.ruШевченкоС. В.ShevchenkoS. V.

Светлана Васильевна Шевченко

298648; спуск Никитский, 52; Республика Крым; Ялта; Никита

298648; Nikitsky Descent, 52; Republic of Crimea; Yalta; Nikita

КорсаковаС. П.KorsakovaS. P.

Светлана Павловна Корсакова

298648; спуск Никитский, 52; Республика Крым; Ялта; Никита

298648; Nikitsky Descent, 52; Republic of Crimea; Yalta; Nikita

Никитский ботанический сад – Национальный научный центр РАНРоссияNikitsky Botanical Garden – National Scientific Center of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20250105202501 (174)1729Copyright © Кузьмина Т.Н., Шевченко С.В., Корсакова С.П., 20252025Кузьмина Т.Н., Шевченко С.В., Корсакова С.П.Kuzmina Т.N., Shevchenko S.V., Korsakova S.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://scbook.elpub.ru/jour/article/view/811

   Представлены результаты исследования генезиса пыльников Quercus ilex L. (Fagaceae) и качества его пыльцевых зерен в зависимости от высоты произрастания и формы цветения. Установлено, что дифференциация клеточных слоев пыльников Q. ilex начинается в III декаде июля года, предшествующего цветению. В начале октября формируются спорогенные клетки. В этом состоянии генеративные почки находятся в течение шести месяцев. Реактивация ростовых процессов и дифференцировка клеточных слоев микроспорангиев происходит в апреле. Переход пыльников Q. ilex ранней формы цветения к микроспорогенезу наблюдался во II декаде апреля, а у поздней формы мейоз был отмечен в III декаде апреля. Пыление у Q. ilex в зависимости от формы цветения наблюдалось в I – III декадах мая. Формирование слоев стенки микроспорангия Q. ilex происходит по центробежному типу. Тапетум секреторного типа. Стенка сформированного пыльника состоит из эпидермы, эндотеция, среднего слоя и тапетума. В зрелом состоянии она образована из эпидермальных клеток и эндотеция с фиброзными утолщениями. Микроспорогенез у Q. ilex идет по симультанному типу с образованием тетрад с тетраэдрическим расположением микроспор. Зрелые пыльцевые зерна у Q. ilex двухклеточные. При аномальном развитии пыльников не происходит апоптоз клеток тапетальной ткани, в результате чего развитие микроспор приостанавливается, что приводит к стерильности. Выявлено, что качество пыльцы Q. ilex зависит от высоты произрастания растения и характера цветения. Наибольшая доля морфологически нормальных пыльцевых зерен отмечалась у растений ранней формы цветения, расположенных на высоте 160 м. н. у. м. (85 − 90 %). У деревьев Q. ilex, растущих на высоте 30 м. н. у. м, преобладали аномальные и стерильные пыльцевые зерна.

   The results of the study of the genesis of anthers of Quercus ilex L. (Fagaceae) and the quality of its pollen grains, depending on the height of growth and the form of flowering, are presented. It has been established that differentiation of the cell layers of the anthers of Q. ilex begins in the 3rd decade of July of the year preceding flowering. Sporogenic cells form in early October. Generative buds have been in that state for six months. The reactivation of growth processes and differentiation of the cell layers of microsporangium occurs in April. Transition of anthers Q. ilex of the early flowering form to microsporogenesis was observed in the 2nd decade of April, and in the late form meiosis was noted in the 3rd decade of April. Dusting in Q. ilex, depending on the form of flowering, was observed in the 1st – 3rd decades of May. The differentiation of the microsporangium wall of Q. ilex has a centrifugal type. The tapetum is secretory type. The wall of the formed anther consists of the epidermis, endothecium, middle layer and tapetum. In its mature state, it is formed from epidermal cells and endothecium with fibrous thickenings. Microsporogenesis in Q. ilex follows a simultaneous type with the formation of tetrades with tetrahedral decomposition of microspores. Mature pollen grains in Q. ilex are bicellular. In Q. ilex, with abnormal development of anthers, apoptosis of tapetal tissue cells does not occur, as a result of which the development of microspores was suspended, which led to sterility. It was revealed that the quality of pollen of Q. ilex depends on the height of the plant and the form of flowering. The largest proportion of morphologically normal pollen grains was observed in early flowering plants located at an altitude of 160 m a. s.l. (85−90 %). Abnormal and sterile pollen grains prevailed in plants growing at an altitude of 30 m a. s. l.

дубцитоэмбриология покрытосеменных растенийпыльникгенезисмикроспорогенезпыльцевые зернаoakcytoembryologyanthergenesismicrosporogenesispollen grainsРабота выполнена в рамках темы Госзадания ФГБУН «НБС-ННЦ» № FNNS- 2022-0003The study was carried out within the framework of the State Task № FNNS-2022- 0003 of FSFIS «NBG-NSC»ReferencesКамелина О.П. Систематическая эмбриология цветковых растений. Двудольные. – Барнаул: Изд-во «АRTИКА», 2009. 501 с.Kamelina O.P. Systematic embryology of flowering plants. Dicotyledons. Barnaul. 2009. 501 p.Корсакова С.П., Корсаков П.Б. Изменение климатических норм на Южном Берегу Крыма за последние 90 лет // Plant Biology and Horticulture: theory, innovation. 2023. № 2 (167). С. 84−95. DOI: 10.25684/2712-7788-2023-2-167-84-95Korsakova S.P., Korsakov P.B. Changes in climatic norms on the Southern Coast of Crimea over the past 90 years. Plant Biology and Horticulture: theory, innovation. 2023. 2(167): 84–95. DOI: 10.25684/2712-7788-2023-2-167-84-95Котеева Н.К., Миргородская O.E., Булышева М.М., Мирославов Е.А. Формирование пыльцы Ribes nigrum (Grossulariaceae) в связи с периодом пониженных температур // Ботанический журнал. 2015. Т. 100 (6). № 10. С. 1001–1014.Koteyeva N. K., Mirgorodskaya O. E., Bulisheva M. M, Miroslavov E. A. Pollen development in Ribes nigrum (Grossulariaceae) in relation to the low temperature period. Botanicheskii Zhurnal. 2015. 100 (6): 16–24Круглова Н.Н. Системный подход к морфогенезу пыльника цветковых растений // Plant Biology and Horticulture: theory, innovation. 2023. № 1(166). С. 7–15. DOI: 10.36305/2712-7788-2023-1-166-7-15Kruglova N.N. System approach to morphogenesis of anthers of flowering plants. Plant Biology and Horticulture: theory, innovation. 2023. 1(166): 7–15. DOI: 10.36305/2712-7788-2023-1-166-7-15Кузьмина Т.Н. Сезонная динамика роста и развития пыльников Jasminum fruticans L. (Oleaceae) в условиях Южного берега Крыма // Экосистемы. 2022. Вып. 32. C. 42–51.Kuzmina T.N. Seasonal dynamics of growth and development of anthers of Jasminum fruticans L. (Oleaceae) in conditions of the Southern Coast of Crimea. Ekosistemy. 2022. Iss. 32:42–51.Миргородская О.Е., Котеева Н.К. Сезонные особенности развития мужской генеративной сферы древесных покрытосеменных растений умеренной зоны // Материалаы XV Всероссийской палинологической конференции, посвященной памяти доктора геолого-минералогических наук B.C. Волковой и доктора геолого-минералогический наук М.В. Ощурковой. (г. Москва, 1–3 июня, 2022). Москва, 2022. С. 223–224. DOI: 10.54896/9785891188532_2022_46Mirgorodskay O.E., Koteeva N.K. Seasonal features of pollen development of woody angiosperms in the temperature zone. Materials of the XV All-Russian Palynological Conference dedicated to the memory of Doctor of Geological and Mineralogical Sciences V.S. Volkova and Doctor of Geological and Mineralogical Sciences M.V. Oschurkova. (Moscow, June 1−3, 2022). Moscow, 2022. P. 223–224. DOI: 10.54896/9785891188532_2022_46Мирославов Е.А., Бармичева E.М., Миргородская О.Е. Значение пониженных температур осеннего и зимнего периода для развития растений умеренных широт // Растительные ресурсы. 2010. Т. 46. N. 3. С. 1−12.Miroslavov E.A., Barmicheva E.M., Mirgorodskaya O.E. A role of low temperature in autumn and winter for ontogenesis of plant in temperate climate zone. Plant resources. 2010. 46(3): 1−12.Наумова Т.Н. Семейство Fagaceae // Сравнительная эмбриология цветковых растений. Winteraceae – Juglandaceae. Ленинград: Наука, 1981. C. 197−201.Naumova T.N. Semeistvo Fagaceae [Family Fagaceae]. Comparative cytoembryology of flowering plants. Winteraceae – Juglandaceae. Leningrad. 1981. P. 197−201.Нарышкина Н.Н. Морфология пыльцы восточноазиатских представителей рода Quercus (Fagaceae) // Ботанический журнал. 2015. Т. 100, № 9. С. 873−885.Naryshkina N.N. Pollen morphology of East Asian species of Quercus (Fagaceae). Botanicheskii Zhurnal. 2015. 100(9):873−885.Плугатарь Ю.В. Корсакова С.П., Ильницкий О.А. Экологический мониторинг Южного Берега Крыма. – Симферополь: ИТ «АРИАЛ», 2015. 164 с.Plugatar Yu.V., Korsakova S.P., Ilnitsky O.A. Ecological monitoring of the Southern Coast of the Crimea. Simferopol: PP «ARIAL», 2015. 164 p.Плугатарь Ю.В., Корженевский В.В., Абраменков А.А. Шибляк или маквис? О внедрении Quercus ilex L. в фитоценозы Южнобережного Крыма // Plant Biology and Horticulture: theory, innovation. 2022. № 3 (164). С. 6−19. DOI: 10.36305/2712-7788-2022-3-164-6-19Plugatar Yu.V., Korzhenevsky V.V., Abramenkov A.A. Shibliak or maquis? On the introduction of Quercus ilex L. in phytocoenosis of the Southern Coast of the Crimea. Plant Biology and Horticulture: theory, innovation. 2022. 3(164): 6−19. DOI: 10.36305/2712-7788-2022-3-164-6-19Плугатарь Ю.В., Корсакова С.П., Ковалев М.С. Особенности цветения некоторых субтропических видов в условиях Южного Берега Крыма // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2022а. Вып. 145. С. 56–66. DOI: 10.36305/0513-1634-2022-145-56-66Plugatar Yu.V., Korsakova S.P., Kovalev M.S. Peculiarities of some subtropical plant species flowering in condition of the Southern Coast of The Crimea. Bull. Of the State Nikina Botan. Gard. 2022. 145:56–66. DOI: 10.36305/0513-1634-2022-145-56-66Терёхин Э.С., Батыгина Т.Б., Шамров И.И. Классификация типов стенки микроспорангия у покрытосеменных. Терминология и концепции // Ботанический журнал. 1993. Т. 78 (6). C. 16–24.Teryokhin E.S., Batygina T.B., Shamrov I.I. The classification of microsporangium wall types in angiosperms. Terminology and conceptions. Botanicheskii Zhurnal. 1993. 78 (6): 16–24.Шамров И.И., Анисимова Г.М., Бабро А.А. Формирование стенки микроспорангия пыльника и типизация тапетума покрытосеменных растений. Ботанический журнал. 2019. Т. 104, № 7. С. 1001–1032. DOI: 10.1134/S0006813619070093Shamrov I.I., Anisimova G.M., Babro A.A. Formation of anther microsporangium wall and typification of tapetum in angiosperms. Botanicheskii Zhurnal. 2019. 104 (7): 1001−1032. DOI: 10.1134/S0006813619070093Шевченко С.В., Кузьмина Т.Н., Плугатарь Ю.В., Корсакова С.П. Генезис пыльников и оценка качества мужского гаметофита Quercus pubescens Willd. (Fagaceae) // Бюллетень ГНБС. 2023. Вып. 149. С. 139−148. DOI: 10.25684/0513-1634-2023-149-139−148Shevchenko S.V., Kuzmina T.N., Plugatar Yu.V., Korsakova S.P. Genesis of anthers and assessment of the quality of male gametophyte of Quercus pubescens Willd. (Fagaceae). Bulletin of the State Nikitsky Botanical Gardens. 2023. 149:139−148. DOI: 10.25684/0513-1634-2023-149-139-148Шевченко С.В., Ругузов И.А., Ефремова Л.М. Методика окраски постоянных препаратов метиловым зеленым и пиронином // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 1986. Вып. 60. C. 99−101.Shevchenko S.V., Ruguzov I.A., Efremova L.M. Staining methods if permanent preparation with metyl green pyronin. Bull. Of the State Nikina Botan. 1986. 60:99−101.Batygina T.B., Vasilyeva V.E. Periodization in the development of flowering plant reproductive structures: critical periods // Acta Biologica Cracoviensia. Series Botanica. 2003. Vol. 45. No. 1. P. 27–36.Batygina T.B., Vasilyeva V.E. Periodization in the development of flowering plant reproductive structures: critical periods // Acta Biologica Cracoviensia. Series Botanica. 2003. Vol. 45. No. 1. P. 27–36.Bogdziewicz M., Kelly D., Thomas P.A., Lageard J.G.A., Hacket-Pain A. Climate warming disrupts mast seeding and its fitness benefits in European beech // Nature Plants. 2020. Vol. 6. P. 88–94. DOI: 10.1038/s41477-020-0592-8Bogdziewicz M., Kelly D., Thomas P.A., Lageard J.G.A., Hacket-Pain A. Climate warming disrupts mast seeding and its fitness benefits in European beech // Nature Plants. 2020. Vol. 6. P. 88–94. DOI: 10.1038/s41477-020-0592-8Bykova O., Limousin J.-M., Ourcival J.-M., Chuine I. Water deficit disrupts male gametophyte development in Quercus ilex // Plant Biology. 2018. Vol. 20(3). P. 450−455. doi: 10.1111/plb.12692.Bykova O., Limousin J.-M., Ourcival J.-M., Chuine I. Water deficit disrupts male gametophyte development in Quercus ilex // Plant Biology. 2018. Vol. 20(3). P. 450−455. doi: 10.1111/plb.12692.Chawla M., Verma V., Kapoor M., Kapoor S. A novel application of periodic acid–Schiff (PAS) staining and fluorescence imaging for analyzing tapetum and microspore development // Histochem Cell Biol. 2017. Vol. 147. P. 103–110. DOI: 10.1007/s00418-016-1481-0.Chawla M., Verma V., Kapoor M., Kapoor S. A novel application of periodic acid–Schiff (PAS) staining and fluorescence imaging for analyzing tapetum and microspore development // Histochem Cell Biol. 2017. Vol. 147. P. 103–110. DOI: 10.1007/s00418-016-1481-0.Fadón E., Fernandez E., Behn H., Luedeling E.A Conceptual framework for winter dormancy in deciduous trees // Agronomy. 2020. Vol. 10. P. 241−261. DOI: 10.3390/agronomy10020241Fadón E., Fernandez E., Behn H., Luedeling E.A Conceptual framework for winter dormancy in deciduous trees // Agronomy. 2020. Vol. 10. P. 241−261. DOI: 10.3390/agronomy10020241Fadón E., Herrera S., Gheban T.I., Rodrigo J. Chilling requirements of apricot (Prunus armeniaca L.) cultivars using male meiosis as a dormancy biomarker // Plants. 2023. 12. P. 3025−3036. DOI: 10.3390/plants12173025Fadón E., Herrera S., Gheban T.I., Rodrigo J. Chilling requirements of apricot (Prunus armeniaca L.) cultivars using male meiosis as a dormancy biomarker // Plants. 2023. 12. P. 3025−3036. DOI: 10.3390/plants12173025García-Mozo H., Gómez-Casero M.T., Domínguez E., Galán C. Influence of pollen emission and weather related factors on variations in holm oak (Quercus ilex subsp. ballota) acorn production // Environmental and Experimental Botany. 2007. Vol. 61. P. 35–40. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2007.02.009García-Mozo H., Gómez-Casero M.T., Domínguez E., Galán C. Influence of pollen emission and weather related factors on variations in holm oak (Quercus ilex subsp. ballota) acorn production // Environmental and Experimental Botany. 2007. Vol. 61. P. 35–40. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2007.02.009Julian C., Herrero M., Rodrigo J. Flower bud differentiation and development in fruiting and non-fruiting shoots in relation to fruit set in apricot (Prunus armeniaca L.) // Trees-Struct. Funct. 2010. 24 (5). P. 833–841. DOI: 10.1007/s00468-010-0453-6Julian C., Herrero M., Rodrigo J. Flower bud differentiation and development in fruiting and non-fruiting shoots in relation to fruit set in apricot (Prunus armeniaca L.) // Trees-Struct. Funct. 2010. 24 (5). P. 833–841. DOI: 10.1007/s00468-010-0453-6Kawanabe T., Ariizumi T., Kawai-Yamada M., Uchimiya H., Toriyama K. Abolition of the tapetum suicide program ruins microsporogenesis // Plant Cell Physiol. 2026. Vol. 47. P. 784–787. DOI: 10.1093/pcp/pcj039Kawanabe T., Ariizumi T., Kawai-Yamada M., Uchimiya H., Toriyama K. Abolition of the tapetum suicide program ruins microsporogenesis // Plant Cell Physiol. 2026. Vol. 47. P. 784–787. DOI: 10.1093/pcp/pcj039Le Roncé I., Gavinet J., Ourcival J.-M., Mouillot F., Chuine I., Limousin J.-M. Holm oak fecundity does not acclimate to a drier world // New Phytol. 2021. 231(2): 631−645. DOI: 10.1111/nph.17412Le Roncé I., Gavinet J., Ourcival J.-M., Mouillot F., Chuine I., Limousin J.-M. Holm oak fecundity does not acclimate to a drier world // New Phytol. 2021. 231(2): 631−645. DOI: 10.1111/nph.17412Oshino T., Abiko M., Saito R., Ishiishi E., Endo M., Kawagishi-Kobayashi M., Higashitani M. Premature progression of anther early developmental programs accompanied by comprehensive alteration on transcription during high-temperature injury in barley plants // Mol. Genet. Genomics. 2007. Vol. 278. P. 31–42. DOI: 10.1007/s00438-007-0229-xOshino T., Abiko M., Saito R., Ishiishi E., Endo M., Kawagishi-Kobayashi M., Higashitani M. Premature progression of anther early developmental programs accompanied by comprehensive alteration on transcription during high-temperature injury in barley plants // Mol. Genet. Genomics. 2007. Vol. 278. P. 31–42. DOI: 10.1007/s00438-007-0229-xPacini E. Tapetum character states: analytical keys for tapetum types and activities // Canad. J. Bot. 1997. Vol. 75(9). P: 1448–1459.Pacini E. Tapetum character states: analytical keys for tapetum types and activities // Canad. J. Bot. 1997. Vol. 75(9). P: 1448–1459.Pérez-Ramos I.M., Rodriguez-Calcerrada J., Ourcival J.M., Rambal S. Quercus ilex recruitment in a drier world: a multi-stage demographic approach // Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics. 2013. Vol. 15. P. 106–117.Pérez-Ramos I.M., Rodriguez-Calcerrada J., Ourcival J.M., Rambal S. Quercus ilex recruitment in a drier world: a multi-stage demographic approach // Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics. 2013. Vol. 15. P. 106–117.Shibata M., Masaki T., Yagihashi T., Shimada T., Saitoh T. Decadal changes in masting behaviour of oak trees with rising temperature // Journal of Ecology. 2020. Vol. 108. P. 1088–1100. DOI: 10.1111/1365-2745.13337Shibata M., Masaki T., Yagihashi T., Shimada T., Saitoh T. Decadal changes in masting behaviour of oak trees with rising temperature // Journal of Ecology. 2020. Vol. 108. P. 1088–1100. DOI: 10.1111/1365-2745.13337Spano D., Cesaracccio C, Duce P., Snyde R.L. Phenological stages of natural species and their use as climate indicators // International Journal of Biometeorology. 1999. V. 42. P. 124–133. DOI: 10.1007/s004840050095Spano D., Cesaracccio C, Duce P., Snyde R.L. Phenological stages of natural species and their use as climate indicators // International Journal of Biometeorology. 1999. V. 42. P. 124–133. DOI: 10.1007/s004840050095Suzuki K., Takeda H., Tsukaguchi T., Egawa Y. Ultrastructural study on degeneration of tapetum in anther of snap bean (Phaseolus vulgaris L.) under heat stress // Sex Plant Reprod. 2001. Vol. 13. P: 293–299.Suzuki K., Takeda H., Tsukaguchi T., Egawa Y. Ultrastructural study on degeneration of tapetum in anther of snap bean (Phaseolus vulgaris L.) under heat stress // Sex Plant Reprod. 2001. Vol. 13. P: 293–299.Zhang Z., Hu M.· Xu W., Wang Y. Huang K., Zhang Ch., Wen J. Understanding the molecular mechanism of anther development under abiotic stresses // Plant Molecular Biology. 2021. Vol. 105. P.:1–10. DOI: 10.1007/s11103-020-01074-zZhang Z., Hu M.· Xu W., Wang Y. Huang K., Zhang Ch., Wen J. Understanding the molecular mechanism of anther development under abiotic stresses // Plant Molecular Biology. 2021. Vol. 105. P.:1–10. DOI: 10.1007/s11103-020-01074-z

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