Bazı fertil ve steril kestane çeşitlerinin polen ve anter yapıları üzerinde araştırmalar

Abstract

Bu çalışma, 2002-2004 yıllan arasında Uludağ Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Bahçe Bitkileri Bölümü Laboratuarında, Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi Histoloji Bölümüne ait Geçirimli Elektron Mikroskop (TEM) Laboratuarında ve Osmangazi Üniversitesine ait Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) Laboratuarında yürütülmüştür. Fertil olan Firdola (62309), Karamehmet (62304), Sarıaşlama (51111), Hacıömer (52214) ve erkek kısır olan Osmanoğlu (51101), Vakit Kestanesi (52112) çeşitlerinde çalışılmış ve çeşitlerin erkek çiçek yapıları, başçık ve çiçek tozlarının yüzeysel yapıları, boyutları, şekilleri ve anatomileri ayrıntılı olarak incelenmiş ve aralarındaki farklılıklar belirlenmiştir. Araştırmadan aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Çalışmada yer alan çeşitlere ait püsküllerde bulunan kümelerdeki erkek çiçek sayısı 6-7; çiçekteki ortalama erkek organ (stamen) sayısı 9.50-11.95 olarak saptanmış, Osmanoğlu (51101) çeşidinde, bu sayı 2.60 olarak bulunmuştur. İncelenen fertil ve kısır kestane çeşitlerinde erkek organ (stamen) yapıları bakımından önemli farklılıklar bulunmuştur. Firdola (62309) ve Karamehmet (62304) çeşitlerinde sapçıklar uzun olup belirgin bir çiçeklenme gösterirler, Sarıaşlama (51111) çeşidinde orta uzunlukta olup, başçıklar tepallerin kısmen dışına çıkmaktadır. Hacıömer (52214) çeşidinde ise erkek organların boyu, tepal boyu kadar olabilmektedir. Osmanoğlu (51 101 ) çeşidinde sapçıklar kısadır yada sapçıklar uzun olup çiçek örtüsü içerisinde kıvrılmış durumdadır. Vakit Kestanesi (52112) çeşidinde sapçıklar çok kısadır, başçıklar çiçek örtüsünün dip kısmında bulunmaktadır. Firdola (62309), Karamehmet (62304), Sarıaşlama (51111) ve Hacıömer (52214) çeşitlerinin çiçekleri normal yapılı erkek organlara sahiptir. Osmanoğlu (51101) ve Vakit Kestanesi (52112) çeşitlerinin çiçekleri içerisinde anormal yapılı erkek organlar bulunmakta ve bu anormallikler her iki çeşitte farklı şekilde olmaktadır. Osmanoğlu (51101) çeşidinde çiçeklerin bir kısmının içinin boş olduğu (%36) ve erkek organ oluşumunun olmadığı tespit edilmiştir. Bir kısmında da sadece sapçıklar mevcuttur, başçıklar yoktur (%24.42) ya da102 gelişimini tamamlayamamış başçıklar (%64.54) bulunmaktadır. Çiçekler içerisinde anormal yapılı erkek organlarla birlikte, az sayıda (%11.05) çiçek tozlarını içeren normal yapılı erkek organlar da görülmüştür. Vakit Kestanesi (52112) çeşidinin erkek organları çok kısa sapçık ve küçük başçıklara sahiptir. Başçıkların çoğu normal görünümlüdür, bazıları ise büzüşmüş ve soluk renklidir. Başçıkların büyük bir kısmı içsel gelişimini tamamlayamamıştır ve başçık bölmelerinin iç kısmı farklılaşmamış doku kitlesinden oluşmaktadır. Çok az başçığın (%2.64) çiçek tozu içerdiği saptanmıştır. Çeşitler arasında üç farklı başçık yüzey yapısı tespit edilmiştir. Fert i I çeşitlerin aynı başçık yüzey yapısına, kısır çeşitlerin ise hem fertil çeşitlerin yüzey yapısından ve hem de birbirlerinden farklı başçık yüzey yapılarına sahip olduğu saptanmıştır. Firdola (62309), Karamehmet (62304), Sarıaşlama (51111) ve Hacıömer (52214) çeşitlerinin başçık yüzey yapısı çokgen şekilli kabarık epiderma hücrelerinden meydana gelmektedir. Osmanoğlu (51101) çeşidinde, epiderma hücreleri daha ince, uzun olmakla birlikte hücrelerin üzeri ipliksi yapıdadır. Vakit Kestanesi (52112) çeşidi tamamen farklı bir yüzey yapısına sahiptir ve epiderma hücrelerinin iç kısmı çukur, kenar kısımları kabarık durumda olup ağ şeklinde bir görünümdedir. Başçık boyutlarında önemli farklılıklar bulunmaktadır. Başçık enine uzunluk değeri Hacıömer (52214) (443.0 um), boyuna uzunluk değeri Firdola (62309) (464.6 um) çeşitlerinde en yüksek, Vakit Kestanesi (52112) çeşidinde ise en (208.8 um), boy (164.5 um) değerleri en düşük olarak tespit edilmiştir. Vakit Kestanesi (52112) çeşidinin başçıklarının, diğer çeşitlerle kıyaslandığında önemli derecede küçük olduğu saptanmıştır. Firdola (62309), Karamehmet (62304) Sarıaşlama (51111) ve Osmanoğlu (51101) çeşitlerinin başçıkları yuvarlağa yakın boyuna elips, Hacıömer (52214), Vakit Kestanesi (52112) çeşitlerinin başçıklarının ise yuvarlağa yakın hafif enine elips şeklinde olduğu bulunmuştur. Sarıaşlama (51111) ve Hacıömer (52214) çeşitlerinin daha bir örnek başçık yapılarına sahip olduğu (cv=7.98-8.13; 5.41-7.54), özellikle Vakit Kestanesi'nde (52112) (cv=1 3.41 -17.20) bir örnekliğin az olduğu tespit edilmiştir.103 Bir başçığa düşen ortalama çiçek tozu sayısı 120-5200 adet arasında değişmiş, bu bakımdan fertil ve kısır kestane çeşitleri arasında istatistiki açıdan önemli bir farklılık tespit edilmiştir. Fertiliteden kısırlığa doğru çiçek tozu sayısının azaldığı görülmüş, kısır çeşitlerde çiçek tozu sayısı çok düşük olarak saptanmış ve kısır çeşitler, fertil çeşitlerin ürettiği çiçek tozu sayısının ancak % 2.31 -4.81 'ini üretmiştir. Çiçek tozu yüzey yapısı, açıklık tipi ve sayısı bakımından fertil ve erkek kısır kestane çeşitleri arasında belirgin bir farklılık tespit edilmemiştir. Tüm çeşitlerde üç açıklık (apertür) bölgesi bulunmaktadır. Açıklıklar, hem kolpi, hemde porları içerdiği için kolporat tiptedir ve bunlar çiçek tozu üzerinde eşit aralıklarla dizilmiş durumdadırlar. Kolpiler hemen hemen çiçek tozu uzunluğu kadar olmaktadırlar. Çiçek tozları, belirgin olmayan ağsı bir yüzey yapısına sahiptir. Çiçek tozu boyutları ve şekli bakımından çeşitler arasında farklılıklar saptanmıştır. Fertiliteden erkek kısırlığa doğru çiçek tozu boy değerlerinde belirgin bir azalma görülmüş, Karamehmet (62304) ve Firdola (62309) çeşitlerinde çiçek tozu boy değerleri en yüksek (21.09, 21.30 um), Vakit Kestanesi (52112) çeşidinde (13.33 um) en düşük bulunmuştur. En değerleri ise Osmanoğlu (51101) (11.78 um) ve Vakit Kestanesi (10.67 um) çeşidinde en yüksek Hacıömer (52214) (8.72 um) çeşidinde en düşük olarak tespit edilmiştir. Çiçek tozu şekil indeksi bakımından çeşitler arasında farklılıklar görülmüş ve üç farklı çiçek tozu şekli tespit edilmiştir. Boy/en değerlerine göre Firdola (62309) (2.07), Karamehmet (62304) (2.01) çeşitlerinin perprolate, Sarıaşlama (51111) (1.91), Hacıömer (52214) (1.99) çeşitlerinin prolate, Osmanoğlu (51 1 01 ) (1.25), Vakit Kestanesi (521 12) (1.25) çeşitlerinin subprolate çiçek tozu şekline sahip olduğu belirlenmiştir. Kısır çeşitler bu bakımdan belirgin farklı bir şekil göstermişlerdir. Çiçek tozu ince yapısı geçirimli elektron mikroskopta incelenmiş ve tüm çeşitlerin, çiçek tozlarının sitoplazma, vakuoller, vejetatif ve generatif çekirdeklerle birlikte çiçek tozu çeperine sahip olduğu görülmüştür. Çiçek tozu çeperi, iç çeper (intin) ve dış çeper (ekzin) tabakalarından meydana gelmektedir. Dış çeper, nekzin ve sekzin tabakalarından oluşmaktadır. Sekzin104 tabakasında düzensiz çubuklar (bakula) ve tektum bulunmaktadır. Çiçek tozunun dış çeper yapısı tectatae'dir. Tektumlar kesintisizdir ve tektum üzerinde düzensiz hafif kabarıklıklar mevcuttur. İç çeper değişken kalınlıktadır. Açıklık bölgelerine (apertür) doğru dış çeper tabakası incelmekte, iç çeper tabakası ise kalınlaşmaktadır. Çeşitlere ait çiçek tozlarının; iç, dış ve toplam çeper kalınlıkları belirlenmiştir. İç çeper kalınlığı Hacıömer (52214) çeşidinde (153.15 nm), en yüksek, Sarıaşlama (51111) (86.22 nm) ve Osmanoğlu (51101) (83.24 nm) çeşitlerinde en düşük olarak bulunmuştur. Dış çeper kalınlığı, Firdola (62309) çeşidinde (520.07 nm) en yüksek, Osmanoğlu (51101) (432.76 nm) çeşidinde ise en düşük olarak saptanmıştır. Toplam çeper kalınlığı (iç+dış çeper) bakımından en kalın çeper Firdola (62309) (651.56 nm), en ince çeper Osmanoğlu (51101) (516.00 nm) çeşidinde tespit edilmiştir. Bu bakımdan fertil ve kısır çeşitler arasında belirleyici bir farklılık görülmemiştir. Firdola (62309), Karamehmet (62304), Sarıaşlama (51111) ve Hacıömer (52214) çeşitlerinin çiçek tozlarının, yapay ortamdaki çimlenme oranlarının önemli derecede olduğu saptanmıştır. Çiçek tozu çimlenme oranı, Firdola % 58.7-67.7, Karamehmet % 66.0-78.0, Hacıömer %39.3-46.0 ve Sarıaşlama (51 1 1 1 ) çeşidinde % 1 1.0-14.3 olduğu tespit edilmiştir. Başçıklarda içi boş çiçek tozu tanelerinin meydana geldiği görülmüş, bunların, oluşum oranlan çeşitlere göre farklılık göstermiştir. İçi boş çiçek tozu oranının, Sarıaşlama (51 1 1 1) çeşidinde en yüksek (%32), Karamehmet (62304) (%3) ve Firdola (62309) (%5) çeşitlerinde en düşük olduğu bulunmuştur. Çimlendirme denemeleri yapılan çeşitlerde, çiçek tozu çimlenme oranı ile içi dolu çiçek tozu oranı arasında pozitif yönde önemli bir ilişki tespit edilmiştir (r= 0.898**). Nitekim, içi dolu çiçek tozu oranı yükseldikçe çiçek tozu çimlenme oranında artış saptanmıştır.

This study was carried out at three different Laboratories namely, the Laboratory of the Department of Horticulture transmission electron microscopy (TEM) unit of Histology Department of Faculty of Medicine, Uludağ University, and scanning electron microscopy (SEM) unite of Osmangazi University. Flower structure, surface morphology and anatomy of pollens and anthers, dimensions and shape of these organs have been studied and the differences were determined on the male fertile chestnut cultivars Firdola (62309), Karamehmet (62304), Sarıaşlama (51111), Hacıömer (52214), and male sterile chestnut cultivars Osmanoğlu (51101), Vakit Kestanesi (52112). Following results were obtained from the research. Number of flower per cluster was 6-7; number of stamen per flower were 9.50-11.95 among the cultivars, except Osmanoğlu (51101) cultivar which has 2.60 stamens per flower. There was important differences in respect of stamen morphology among the cultivars. In Firdola (62309) and Karamehmet (62304) cultivars stamens were longer than perigon and showing a distinct flowering; in Sarıaşlama (51 1 1 1) cultivar stamens were partly longer than the perigon, and in Hacıömer (52214) cultivar stamens were as long as the perigon. In Osmanoğlu (51101) cultivar stamens were shorter than the perigon and some of the longer ones curled in the perigon. In Vakit Kestanesi (52112) cultivar stamens were much shorter than the perigon and placed at the buttom of the perigon. Firdola (62309), Karamehmet (62304), Sarıaşlama (51111) and Hacıömer (52214) cultivars have normally developed stamens. However, Osmanoğlu (51101) and Vakit Kestanesi (52112) cultivars have abnormal, underdeveloped stamens. The abnormalities were different in the two cultivars e.g. in Osmanoğlu (51 1 01 ) cultivar some of the flowers have no stamen (empty) (36%); some of the stamens have only filament (no anther) (24.42%); some of the stamens have underdeveloped abnormal anthers (64.54%); and only 1 1.05% of the stamens showed normal development and have pollens. Anthers of the Vakit Kestanesi (52112) cultivar were significantly smaller than the anthers of the other cultivars, and the filaments much shorter. Appearance of106 the anthers of this cultivar were similar to those normal anthers. But some of the anthers wrinkled and pale in color. Most of the anthers, did not develop normally in respect of their anatomical structure. They have undifferentiated cell mass in the center of the anther which replaced normal pollen sacs. A small number of anthers (2.64%) have pollen. Three different surface morphology of anther were determined among the cultivars. The fertile cultivars have similar surface morphology, on the other hand sterile cultivars have different surface morphology from the fertiles and from each other. Firdola (62309), Karamehmet (62304), Sarıaşlama (51111) and Hacıömer (52214) cultivars have the surface morphology that consist of polygonic epiderma cells. Epiderma cells of Osmanoğlu (51101) were more thiny and long and the surface of the cells have thread like formations. Vakit Kestanesi (52112) has a different surface morphology e.g. epiderma cells have a hole in the center and have a ridge at the edge, and seem to be a reticulated surface. There was a significant differences in respect of anther dimensions among the cultivars. The highest value for anther width belongs to Hacıömer (52214) cultivar (443.0 um), the longest anthers belongs to Firdola (62309) cultivars (464.6 um). The lowest values for the width and length of anther belong to Vakit Kestanesi (52112) cultivar, and the values were 208.8 um and 164.5 um, respectively. These values were significantly lower than the other cultivars' values. The shape of the anthers were spheroidal ellips by the length in Firdola (62309), Karamehmet (62304), Sarıaşlama (51111) and Osmanoğlu (51101) cultivars. The shape of the anthers of Hacıömer (52214) and Vakit Kestanesi (52112) cultivars were spheroidal ellips by the width. The anthers of Sarıaşlama (51111) and Hacıömer (52214) cultivars were more uniform in respect of dimensions than the anthers of other cultivars. The coefficient of variation (cv) were 7.98-8.13 and 5.41-7.54 respectively. Uniformity of the anthers of Vakit Kestanesi (52112) was the lowest and the cv values were highest e.g. 13.41 for length and 17.20 for width. Number of pollen per anther varied from 120 to 5200 among the cultivars. A statistical significance was determined between the sterile and107 fertile genotypes in this respect. Number of pollen per anther decreased gradually from fertile to sterile genotypes and the sterile genotypes produced pollen as 2.31-4.81% of the production of fertile genotypes. No distinct difference was determined between the fertile and sterile genotypes in respect of pollen surface morphology, number and shape of the apertures on the pollen. All the cultivars have three aperture region. These apertures have both colpy and pore, and so they resembled the colporate type. The apertures arranged on the surface equal intervals. The colpy was as long as the pollen. Pollens have a indistinct reticulate surfaces. There were significant differences among the cultivars with respect to the dimensions and shape of the pollens. There were a significant decrease in the dimensions of the pollen from fertile to sterile genotypes, Karamehmet (62304) and Firdola (62309) cultivars have the longest pollens (21.09 urn and 21.30 urn, respectively), and Vakit Kestanesi (52112) has the shortest pollens 13.33 urn. The highest values of width were obtained from Osmanoğlu (51101), (11.78 um) and Vakit Kestanesi (521 12) (10.67 um) cultivars and the lowest value was obtained from Hacıömer (52214) cultivar (8.72 urn). Shape index of the pollens varied among the cultivars, and three distinct type of pollen shape were determined. With respect to the longth/width ratio the pollens of the cultivars can be classified as: Firdola (62309) (2.07) and Karamehmet (62304) (2.01) pollens were perprolate type; Sarıaşlama (51111) (1.91) and Hacıömer (52214) (1.99) pollens were prolate type; Osmanoğlu (51 1 01 ) (1.25) and Vakit Kestanesi (521 12) (1.25) pollens were subprolate type. Sterile types showed distinctly different shape from the fertile types. Fine structure of the pollens was studied under transmission electron microscope (TEM). All of the pollens of the cultivars have cytoplasm, vegetative and generative nucleus, and pollen wall. The pollen wall consists of two distinct layers; the outer one was exine, and the inner one was intine. The outer layer of the wall separated to two parts, nexine and sexine. Sexine layer have irregular bacula and tectum. The exine was tectatae type. Tectums were continuous and have slightly irregular reliefs on the surface. The thickness of the intine varied108 e.g. it was thicker around the aperture region against the exine which was thinner at this region. Intine, exine and the total thickness of the pollen wall were determined. The thickest intine was shown in Hacıömer (52114) cultivar (153.15 nm), the thinners were shown in Osmanoğlu (51101) (83.24 nm) and in Sarıaşlama (51111) (86.22 nm) cultivars. Exine thickness was highest in Firdola (62309) cultivar (520.07 nm), and was lowest in Osmanoğlu (51101) cultivar (432.76 nm). Total wall thickness was highest in Firdola (62309) cultivar (651.56), and it was lowest in Osmanoğlu (51101) cultivar (516. 00 nm). There were no distinct differences between the fertile and sterile cultivars in this respect. Germination percentages of the pollens of Firdola (62309), Karamehmet (62304), Sarıaşlama (51111) and Hacıömer (52214) cultivars were significantly different, in vitro. The germination percentages were 58.7-67.7% in Firdola (62309), 66.0-78.0% in Karamehmet (62304), 39.3-46.0% in Hacıömer (52214) and 1 1.0-14.3% in Sarıaşlama (51 1 1 1) cultivars. Empty pollen grains were produced in the anthers and the percentages of these grains varied among the cultivars. Empty pollen ratio was highest in Sanşlama (51111) cultivar (32%), and lowest in Firdola (62309) (5%) and Karamenmet (62304) (3%) cultivars. There was a positive correlation between the pollen ratio which have normal cytoplasm and the germination ratio of the pollen (r= 0.898 **). As a matter of the fact increasing the pollen percentage which have normal cytoplasm, resulted in also increasing the germination percentage.