Assessment of crossing compatibility between common rye Secale cereale ssp. cereale and a wild subspecies Secale cereale ssp. afghanicum (Vav.) Hammer

Tasks imposed by contemporary agriculture on plant breeding are becoming increasingly complex. In order to meet these requirements breeders are applying various methods to expand genetic variability of stock materials for breeding work. Distant crossing is one of them. Wild subspecies are potential donors of such traits as resistance to diseases, adverse environmental factors or male sterility. Pollen grain germination and penetration of pollen tubes were analyzed in the Secale cereale (L.) species based on pollination between three cultivars of common rye (cv. Dańkowskie Złote, Dańkowskie Nowe, Amilo) and a wild subspecies Secale cereale ssp. afghanicum. Reciprocal cross pollinations were performed and pistils were fixed at 10 time points from pollination from 10’ to 4 h. The process of fertilisation was observed by fluorescence staining preparations with aniline blue. In comparison to the control, i.e. open-pollination within cv. Dańkowskie Złote, pollen grain abundance and germination on stigmas in reciprocal crosses with the wild subspecies were lower. Pollen grain germination and penetration of pollen tubes to the ovary were delayed in relation to the control. Symptoms of incompatibility were observed, numerous kernels did not germinate and callose reaction was observed in pollen tubes, along with rupture of tubes and their disorientation, while a lower number of pollen tubes penetrated to ovaries. In all the tested combinations pollen tubes were observed at the micropyles as late as after 4 h from pollination, with pollination efficiency within 0.36-7.91 %. In the control experiment penetration of pollen tubes into micropyles was observed as early as after 2³°h at pollination efficiency of 91%. It was found that in the three tested rye cultivars the pollen-pistil interaction varied, with cv. Dańkowskie Złote confirmed as the best for crossing with Secale cereale ssp. afghanicum. No marked differences were found between directions of crossing in processes taking place at the stigma. Crossing efficiency was poor, although it was higher when common rye was the maternal plant.

Współczesne rolnictwo stawia przed hodowlą coraz trudniejsze zadania. Aby sprostać tym wymogom hodowcy starają się różnymi metodami poszerzyć zmienność genetyczną materiałów wyjściowych do hodowli. Jedną z tych metod jest krzyżowanie oddalone. Dzikie podgatunki są potencjalnymi dawcami takich cech jak odporność na choroby, złe czynniki środowiskowe czy męska niepłodność. Przeprowadzono analizy procesu kiełkowania ziaren pyłku i wnikania łagiewek pyłkowych w obrębie gatunku Secale cereale (L.), dokonując zapyleń pomiędzy trzema odmianami żyta uprawnego (cv. Dańkowskie Złote, Dańkowskie Nowe, Amilo) a podgatunkiem dzikim Secale cereale ssp. afghanicum. Wykonano zapylenia wzajemnoprzemienne i utrwalono słupki po 10 czasach od zapylenia od 10’ do 4h. Przeprowadzono obserwacje procesu zapłodnienia metodą fluorescencyjną, barwiąc preparaty błękitem anilinowym. W porównaniu do kontroli tj. obcozapylenia w obrębie odmiany Dańkowskie Złote, opylenie i proces kiełkowania ziaren pyłku na znamionach w krzyżówkach wzajemnoprzemiennych z podgatunkiem dzikim były słabsze. Opóźniony w stosunku do kontroli był proces kiełkowania ziaren i wnikania łagiewek do zalążni. Ujawniały się symptomy niezgodności, liczne ziarna pozostawały nieskiełkowane a w łagiewkach obserwowano reakcję kalozową, pękanie łagiewek i dezorientację ich, łagiewki mniej licznie wnikały do zalążni. We wszystkich badanych kombinacjach obserwowano łagiewki przy mikropyle jednak dopiero po 4 godz. od zapylenia a efektywność zapylenia wahała się 0,36-7,91 %. W kontrolnym doświadczeniu wnikanie łagiewek do mikropyle obserwowano już po 2³°h a efektywność zapylenia wynosiła 91%. Stwierdzono, że u badanych trzech odmian żyta reakcja ziarno pyłku - znamię była różna. Najlepszą do krzyżowania z Secale cereale ssp. afghanicum okazał się cv. Dańkowskie Złote. Nie zaobserwowano większych różnic w procesach na znamieniu pomiędzy kierunkami krzyżowania. Efektywność krzyżowania była słaba i wyższa gdy matką było żyto uprawne.