The strategy of the genesis of the male generative sphere of the winter‐flowering shrub Jasminum nudiflorum Lindl. (Oleaceae) under the conditions of the Southern coast of Crimea

Aim. Analysis of the dynamics of growth and development of anthers of the winter‐flowering shrub Jasminum nudiflorum in the conditions of the Southern coast of Crimea in connection with the determination of an adaptive strategy for the genesis of the male generative sphere of the species.

Material and Methods.  The  stages  of genesis  of  Jasminum nudiflorum anthers were determined during the weekly analysis of temporary and permanent  preparations  of  buds  collected  from  June  to  December 2018–2020. The dynamics of the growth of anthers was determined by calculating the relative growth rate (R), based on the actual data of their lengths.

Results. The genesis of J. nudiflorum anthers takes 6–7 months and is characterized by alternating periods of decreasing and increasing growth intensity. A high positive correlation was established between the lengths of J. nudiflorum anthers and their development stages (r=0,94). The premeiotic period lasts from the 2nd decade of June to the 3rd decade of August. In it, it is possible to distinguish the resting phase, which falls on the 3rd decade of July – I decade of August, after which the growth and differentiation of anther tissues is activated. During the period of microsporogenesis (1st – 2nd decades of October), the growth intensity reaches its maximum values. The average daily air temperature during this period is +16...+18°C. In the post‐arctic period (2nd decade of October – 3rd decade of December), when the differentiation of the gametophyte occurs, there is a decrease in the relative growth rate of anthers. In winter, the anthers are at the stage of vacuolated microspores, which can tolerate short‐term freezing without reducing the quality of pollen.

Conclusions. The strategy of the genesis of the male generative sphere in the winter‐flowering shrub is characterized by alternating periods of increase and decrease of the intensity of their growth, which are timed to certain stages of development and seasons of the year and are adaptive in nature, aimed at reducing the influence of stress from meteorological and climatic factors, which is important for the production of a fertile gametophyte.

1. Голубев В.Н., Волокитин Ю.С. Методические рекомендации по изучению антэкологических особенностей цветковых растений. Функционально‐экологические принципы организации репродуктивной структуры. Ялта, НБС, 1986. 37 с.

2. MacDonald C.C., McMaho K.W. The Flowers that Bloom in the Spring: RNA Processing and Seasonal Flowering // Cell. 2003. V. 113. N. 6. P. 671‐672. DOI: 10.1016/S0092‐8674(03)00426‐4

3. Bratzel F., Turck F. Molecular memories in the regulation of seasonal flowering: From competence to cessation // Genome Biology. 2015. V. 16. N 1. P. 192‐ 206. DOI: 10.1186/s13059‐015‐0770‐6

4. Мирославов Е.А., Бармичева О.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.

5. Котеева Н.К., Миргородская О.Е., Булышева М.М., Мирославов Е.А. Формирование пыльцы Ribes nigrum (Grossulariaceae) в связи с периодом пониженных температур // Ботанический журнал. 2015. Т. 100. N 10. С. 1001‐1014. DOI: 10.1134/S0006813615100014

6. Mirgorodskay O.E., Koteeva N.K., Volchanskay A.V., Miroslavov E.A. Pollen development in Rododendron in relation to winter dormancy and bloom time // Protoplasma. 2015. vol. 252. P. 1313‐1323. DOI: 10.1007/s00709‐015‐0764‐y

7. Bertel C., Hacker J., Neuner G. Protective role of ice barriers: how reproductive organs of early flowering and mountain plants escape frost injuries // Plants. 2021. N 10. P. 1031‐1049. DOI: 10.3390/plants10051031

8. Голубева И.В. Деревья и кустарники, цветущие в зимний период на Южном берегу Крыма // Труды Государственного Никитского ботанического сада. 1972. T. 50. C. 71‐93.

9. Flora of China. URL: http://www.efloras.org/florataxon.aspx?flora_id=2&taxon_id=200017786 (дата обращения: 20.08.2021)

10. Коба В.П., Герасимчук В.Н., Папельбу В.В., Сахно Т.М. Аннотированный каталог дендрологической коллекции Никитского ботанического сада / под. общ. ред. чл.‐корр. РАН Плугатаря Ю.В. Симферополь: ИТ «Ариал», 2018. 304 с.

11. Губанова Т.Б., Браилко В.А., Палий А.Е. Морозостойкость некоторых вечнозеленых видов семейств Oleaceae и Caprifoliaceae на Южном берегу Крыма // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2017. N 125. С. 103‐108.

12. Кузьмина Т.Н. Формирование мужской генеративной сферы у Jasminum nudiflorum Lindl. (Oleaceae) // Ученые записки Казанского университета. Серия: Естественные науки. 2018. Т. 160. N 3. С. 436‐444.

13. Жинкина Н.А., Воронова О.Н. О методике окраски эмбриологических препаратов // Ботанический журнал. 2000. Т. 85. N 6. С. 168‐171.

14. Vasilyeva V.E., Batygina T.B., Titova G.E. Morpho‐physiological correlation in the development of the reproductive structures of Nelumbo nucifera Gaertn. // Phytomorphology: An International Journal of Plant Morphology. 1987. V. 37. P. 349‐357.

15. Батыгина Т.Б., Васильева В.Е. Размножение растений. Санкт‐Петербург: Издательство Санкт‐Петербургского университета, 2002. 232 с.

16. Миргородская О.Е., Мирославов Е.А. Микроспорогенез и развитие клеток тапетума Rhododendron luteum (Ericaceae) // Ботанический журнал. 2012. Т. 97. N 3. C. 356‐365.

17. Антюфеев В.В., Казимирова Р.Н., Евтушенко А.П. Агроклиматические, микроклиматические и почвенные условия в приморской полосе Южного берега Крыма. Теоретические основы и практические рекомендации для рационального размещения растений при реконструкции насаждений // Сборник научных трудов Государственного Никитского ботанического сада. 2014. Т. 137. 88 с.

18. Адамень Ф.Ф., Плугатарь Ю.В., Сташкина А.Ф. Наука и опытное дело как основа развития аграрного производства Крыма. Симферополь: АРИАЛ, 2015. 252 с.

19. Добровольская А.А., Родионова Г.Б., Воронков А.С., Ковалева Л.В. Спорофитно‐гаметофитные взаимодействия в системе пыльник‐мужской гаметофит у петунии // Физиология растений. 2009. Т. 56. N 3. С. 437‐444.

20. Batygina T.B., Vasilyeva V.E. Periodization in the development of flowering plant reproductive structures: critical periods // Acta Biologica Cracoviensia. Series Botanica. 2003. V. 45. N 1. P. 27‐36.

21. Pacini E., Jacquard C., Clément C. Pollen vacuoles and their significance // Planta. 2011. T. 234. N 2. P. 217‐227. DOI: 10.1007/s00425‐011‐1462‐4

22. Губанова Т.Б., Мазур Е.А. Морозостойкость некоторых вечнозеленых видов рода Berberis L., интродуцированных в Никитском ботаническом саду // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2012. N 105. С. 87‐91.

23. Xiao W., Sheen J., Jang J.C. The role of hexokinase in plant sugar signal transduction and growth and development // Plant Molecular Biology. 2000. V. 44. P. 451‐461.

24. Марковская Е.Ф., Шибаева Т.Г. Низкотемпературные сенсоры у растений: гипотезы и предположения // Известия РАН. Серия Биологическая. 2017. N 2. С. 120‐128. DOI: 10.7868/S000233291702014X

25. Ciereszko I. Regulatory roles of sugars in plant growth and development // Acta Societatis Botanicorum Poloniae. 2018. V. 87. N 2. P. 3583‐3596. DOI: 10.5586/asbp.3583

26. Rolland F., Baena‐Gonzalezz E., Sheen J. Sugar sensing and signaling in plants: conserved and novel mechanisms // Annual Review of Plant Biology. 2006. V. 57. P. 675‐709. DOI: 10.1146/annurev.arplant.57.032905.105441

27. Ramom M. Rolland F., Sheen J. Sugar sensing and signaling // American Society of Plant Biologists. 2008. N. 22. e0117. DOI: 10.1199/tab.0117

28. Frenguelli G., Ferranti F., Tedeschini E., Andreutti R. Volume changes in the pollen grain of Corylus avellana L. (Corylaceae) during development // Grana. 1997. V. 36. N 5. P. 289‐292. DOI: 10.1080/00173139709362619

29. Khodorova N.V., Boitel‐Conti M. The role of temperature in the growth and flowering of geophytes // Plants. 2013. N 2. P. 699‐711. DOI: 10.3390/plants2040699

30. Robertson F.C., Skeffington A.W., Gardner M.J., Webb A.A.R. Interactions between circadian and hormonal signaling in plants // Plant Molecular Biology. 2008. V. 69. N 4. P. 419‐427. DOI: 10.1007/s11103‐008‐9407‐4

31. Atamian H.S., Harmer S.L. Circadian regulation of hormone signaling and plant physiology // Plant Molecular Biology. 2016. N 91. P. 691‐702. DOI: 10.1007/s11103‐016‐0477‐4

32. Halliday K.J., Salter M.G., Thingnaes E., Whitelam G.C. Phytochrome control of flowering is temperature sensitive and correlates with expression of the floral integrator FT // The Plant Journal. 2003. V. 33. N 5. P. 875‐885. DOI: 10.1046/j.1365‐313X.2003.01674.x