Genesis of anthers and assessment of the quality of male gametophyte of Quercus pubescens Willd. (Fagaceae)

The results of the analysis of the development of anthers and male gametophyte of staminate flowers of Quercus pubescens Willd. (Fagaceae) are presented. The premeiotic period of the genesis of Q. pubescens anthers occurs inside the bud state. The wall of formed microsporangium is formed the epidermis, endothecium, two rows of cells of the middle layer and tapetum. Tapetum is a secretory type. It cells are binucleated. The sporogenic tissue is formed by 3–4 rows of cells. Cases of cytomixis have been identified between microsporocytes. The meiotic period of anther development was observed in the III decade of March – I decade of April. Microsporogenesis in Q. pubescens proceeds according to a simultaneous type. Microspores in tetrads have different spatial arrangement (tetrahedral, isobilateral, cruciform and linear). The transition to the postmeiotic period associated with the maturation of the gametophyte took place starting from the second decade of April. The wall of a mature microsporangium is formed by epidermis covered with a cuticle and an endothecium. The cells of endothecium are with fibrous thickenings of the cell walls. Pollen grains of Q. pubescens are bicellular, spherical in shape with three apertures. Morphologically normal pollen grains predominate in the average pollen samples. Their proportion varies from the altitude level of growth and the form of flowering. It was found that increasing the height decreases the proportion of morphologically normal pollen grains, with an increase in the percentage of abnormal pollen. The proportion of sterile pollen grains is in the range of 3–6%. The late-flowering form оf Q. pubescens, which blooms at the end of the first decade of May, has a higher fertility potential of pollen grains compared to the early-flowering form. The article discusses the risks of reducing the generative potential of the male generative sphere.

1. Методические аспекты палинологии / под ред. И.И. Нестерова – М.: Недра, 1987. – 223 с. – [Электронный ресурс]. – URL: https://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-metodicheskieosnovypalinologii.pdf

2. Камелина О.П. Систематическая эмбриология цветковых растений. Двудольные. – Барнаул: Изд-во «АRTИКА», 2009. – 501 с.

3. Корсакова С. П. Фенологическая реакция Quercus pubescens Willd. на климатические изменения в условиях сухих субтропиков // Труды Карадагской научной станции им. Т.И. Вяземского – Природного заповедника РАН. – 2018, № 2 (6). – С. 30-46.

4. Кочкин М.А. Леса Крыма. – Симферополь: Крымиздат, 1952. – 99 с.

5. Кравец Е.А. Цитомиксис и его роль в регуляции фертильности растений // Онтогенез. – 2013. – Т. 44, № 3. – С. 147-165.

6. Круглова Н.Н. Оценка качества пыльцевых зерен цветковых растений (обзор) // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. – 2020. – Вып. 135. – С. 50-56. DOI: 10.36305/0513-1634-2020-135-50-56

7. Круглова Н.Н. Системный подход к морфогенезу пыльника цветковых растений // Plant Biology and Horticulture: theory, innovation. – 2023. – № 1 (166). – С.7-15. DOI: 10.36305/2712-7788-2023-1-166-7-15

8. Кузьмина Т.Н. Сезонная динамика роста и развития пыльников Jasminum fruticans L. (Oleaceae) в условиях Южного берега Крыма // Экосистемы. – 2022. – Т. 32. – С. 42-52.

9. Нарышкина Н.Н. Морфология пыльцы восточноазиатских представителей рода Quercus (Fagaceae) // Ботанический журнал. – 2015. – Т. 100, № 9. – С. 873-885.

10. Наумова Т.Н. Семейство Fagaceae // Сравнительная эмбриология цветковых растений. Winteraceae – Juglandaceae. – Ленинград: Наука, 1981. – 197-201.

11. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. – М.: Колос, 1990. – 283 с.

12. Плугатарь Ю.В. Леса Крыма – Симферополь: ИТ «АРИАЛ», 2015. – 385 с.

13. Шамров И.И. Факторы снижения семенной продуктивности у цветковых растений // Растительные ресурсы. – 2020. – Т. 56, вып. 1. – С. 4-15. DOI:10.31857/S0033994620010057

14. Шамров И.И., Анисимова Г.М. Нарушения в морфогенезе семязачатка семени и возможные причины, приводящие к гетероспермии // Биологическое разнообразие. Интродукция растений: IV Международная. научная конференция (Санкт-Петербург, 5-8 июня 2007 г.): материалы конференции. – СПб., 2007. – С. 637-639.

15. Шевченко С.В., Плугатарь Ю.В. Репродуктивная биология цветковых растений и задачи рационального природопользования // Plant Biology and Horticulture: theory, innovation. – 2019. – №3 (152). – С. 15-25. DOI: 10.36305/2019-3-152-15-25

16. Шевченко 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.

17. Ярыш В.Л., Ярыш Г.Е. Анализ естественного возобновления в насаждениях дуба пушистого и дуба скального в Судакском лесоохотничьем хозяйстве // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. – 2019. – № 3. – С. 62-71. DOI: 10.21178/2079–6080.2019.3.62

18. 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, №1. – P. 27-36.

19. Gómez Casero M.T., Dominguez-Vilches E., Galán C. Flowering phenology of Mediterranean "Quercus" species in different locations (Córdoba, SW Iberian Peninsula) // Acta Botanica Malacitana. – 2007. – Vol.32. – P. 127-146. DOI:10.24310/abm.v32i0.7033

20. Gothandam K.M., Kim E.S., Chung Y.Y. Ultrastructural study of rice tapetum under low-temperature stress // Journal of Plant Biology. – 2007. – Vol. 50 (4). – P. 396-402. DOI:10.1007/BF03030674

21. Iwata-Higuchi M., Sakagami J.-I. Maruyama S. Effect of soil moisture stress at booting and flowering stages on pollen development, pollination and fertilization in upland NERICA cultivars // Australian Journal of Crop Science. – 2020. – Vol. 14 (12). – P. 1935-1941. DOI: 10.21475/ajcs.20.14.12.2774

22. Oshino T., Abiko M., Saito R., Ichiishi E., Endo M., Kawagishi-Kobayashi M., Higashitani A. Premature progression of anther early developmental programs accompanied by comprehensive alterations in transcription during high-temperature injury in barley plants // Molecular Genetics and Genomics. – 2007. – Vol. 278. – P. 31-42. DOI: 10.1007/s00438-007-0229-x

23. Pasta S., de Rigo D., Caudullo G. Quercus pubescens in Europe: distribution, habitat, usage and threats // European Atlas of Forest Tree. – Luxembourg: Species Publisher: Publication Office of the European Union. – 2016. – P. 156-157. DOI: 10.2788/038466

24. Rajo F. J. R., Mendez J., Jato V. Factors affecting pollination ecology of Quercus anemophilous species in north-west Spain // Botanical Journal of the Linnean Society. – 2005. – Vol. 149 (3). – P.283-297. DOI:10.1111/j.1095-8339.2005.00460.x

25. 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 Reproduction. – 2001. – Vol.13. – P. 293-299. DOI: 10.1007/s004970100071

26. Varela M.C, Valdiviesso T. Phenological phases of Quercus suber L. flowering // January Forest Genetics. – 1996. – Vol. 3 (2). – P. 93-102.

27. Yadav D. K., Meena Yogendra K., Bairwa L.N., Singh U., Bairwa S.K., Choudhary M.R., Singh A. Morphological, Physiologicalя and Biochemical Response to Low Temperature Stress in Tomato (Solanum lycopersicum L.) // A Review. International Journal of Bio-resource and Stress Management – 2021. – Vol.12 (6). – P. 706-712. DOI: 10.23910/1.2021.2480

28. 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-z