Определение пола у растений. Пол цветка определяется взаимодействием трех генов. Как выяснить пол до появления предцветов

Исследователи из Франции и Израиля установили, как взаимодействие трех генов определяет пол цветка. Модификации активностей этих генов приводят к появлению разных типов растений - гермафродитов с обоеполыми цветками, растений, на которых есть цветки мужского и женского пола, или же растений, все цветки которых однополые. Благодаря этим знаниям можно будет получать растения с цветками определенного пола.

У цветков половые органы бывают двух типов: мужские - тычинки и женские - плодолистики . Тычинки вырабатывают пыльцу, а плодолистики образуют пестики цветков, из которых после оплодотворения пыльцой развиваются плоды. Большинство цветков обоеполые (гермафродитные) - у них есть и пестики, и тычинки. Примерно у 10% растений встречаются и однополые цветки, обладающие органами размножения только одного типа.

На одном растении могут располагаться цветки обоих полов (к примеру, мужские цветки - ближе к основанию побегов, а женские - ближе к верхушке). Такие растения называются однодомными - все растения вида в этом случае одинаковые. Примеры однодомных растений: дуб, береза, огурец. Встречаются и двудомные растения - каждое растение в этом случае можно назвать либо мужским, либо женским, потому что на нем располагаются либо только цветки с тычинками, либо только с плодолистиками. Примеры двудомных растений: осина, тополь, облепиха. Среди растений с разнополыми цветками однодомных и двудомных примерно поровну.

Однополые и гермафродитные цветки могут встречаться и у представителей одного вида. Например, бывают виды, у которых часть растений - гермафродиты, а часть - мужского пола. Однополые и гермафродитные цветки могут находиться и на одном растении. Не обошлось и без трехдомных растений, у которых бывают и «самцы», и «самки», и гермафродиты. Ботаников давно интересует, как сформировалось это богатство разделения полов у растений. Можно предложить несколько схем, по которым оно возникло.

Двудомные растения могут произойти от однодомных в результате череды мутаций, изменивших соотношение цветков двух полов на одной особи. В то же время, двудомные растения могут возникать из гермафродитов, почему-то утративших органы определенного типа на всех цветках. Умозрительные схемы хотелось бы подтвердить расшифровкой взаимодействия генов, которые в конечном этапе определяют пол цветка. Зная структуру этой генетической сети, можно было бы понять, как мутации отдельных генов могут повлиять на пол цветков. Основываясь на этих соображениях, можно построить правдоподобную схему эволюционного становления разных типов разделения полов. Что еще интереснее, понимание схемы взаимодействия генов, определяющих пол цветка, позволит ученым управлять развитием цветков. Получить на одном растении больше цветков женского пола, к примеру, полезно, чтобы увеличить урожай плодов.

Генетика цветковых растений уже накопила немало данных о механизмах, влияющих на пол цветка. Правда, о генетических причинах явления совсем ничего не понятно, и пока помогает изучение мутаций, возникших естественным путем. К примеру, уже было известно, что в отсутствие работы гена CmWIP1 у однодомных дынь все цветки растения становятся женскими. А работа гена CmACS-7 препятствует появлению тычинок на женских цветках - то есть мешает развитию гермафродитов из женских цветков. Тем не менее было непонятно, что заставляет эти гены работать (или не работать) в определенном наборе цветков, приводя к характерному для каждого вида разделению полов. Должен существовать какой-то регулятор (или система регуляторов), который запускает развитие цветков с определенными признаками.

Исследователи из Франции и Израиля решили поискать недостающие фрагменты мозаики. Раз бывают мутации, из-за которых все цветки становятся женскими, наверняка должны быть генетические варианты с противоположным эффектом - то есть приводящие к развитию исключительно мужских цветков на обычно однодомном растении. Выяснилось, что такая мутация - дефект гена ACS11 - описана для огурцов, растений того же семейства Тыквенные , что и дыня. Ученые исследовали эту мутацию, приводящую к превращению всех цветков в мужские, и выяснили, что она приводит к преждевременной остановке синтеза важного фермента биосинтеза этилена . Оказалось, что можно «сломать» этот фермент и другими способами, и после того, как его активность резко снижалась, все цветки на растении становились мужскими. Чтобы собрать полную коллекцию генов, управляющих развитием цветков одного вида растения, ученые нашли ген, аналогичный тому, который они изучили у огурца, у дыни. Оказалось, что поломки кодируемого этим геном фермента и у дыни приводят к развитию только мужских цветков на обычно однодомных растениях.

Ученые также исследовали, где конкретно должен работать новообнаруженный ген развития цветков по женскому типу, чтобы воздействовать на пол цветка. Оказалось, ген ACS11 должен быть активен в проводящих тканях - флоэме развивающегося бутона (рис. 1). Помимо женских цветков, ACS11 был активен и в цветах-гермафродитах, обладающих обоими типами половых органов.

Все эти знания нужно было объединить в согласованную схему. Вот что получилось. Ген CmWIP1 подавляет развитие плодолистиков, а его отключение приводит к развитию женских цветков. Ген ACS11 приводит к развитию женских половых органов у женских цветков и цветков-гермафродитов. Поэтому ученые предположили, что ACS11 ингибирует активность CmWIP1. Действительно, оказалось, что CmWIP1 не работает там, где активен ACS11 , а «поломка» гена ACS11 ведет к возобновлению активности CmWIP1. Так ученые установили схему взаимодействия первых двух генов цепочки, ответственной за пол цветка. В ее начале располагается ген ACS11 , стимулирующий развитие плодолистиков (женских органов), подавляя активность следующего по цепочке гена - CmWIP1 . Активность CmWIP1 блокирует образование плодолистиков. Если ломается первый ген - ACS11 , - то цветки развиваются по мужскому типу, а если второй - CmWIP1 , - то по женскому.

Что касается третьего гена системы, CmACS-7 , то про него было известно, что он блокирует развитие тычинок на женских цветках, то есть мешает появлению цветков-гермафродитов. Работа этого гена явно несовместима с активностью второго гена цепочки - CmWIP1, - способствующего развитию мужских цветков. Ученые предположили, что активность этого третьего гена подавляется во время работы второго. Общая схема определения пола цветка получилась следующей (рис. 2). В начале стоит ген ACS11 , активность которого приводит к отключению гена CmWIP1, способного снять блокировку с процесса развития тычинок, а также подавляющего развитие плодолистиков. Через блокировку второго гена, CmWIP1 , первый ген, ACS11 , приводит к развитию женских цветков. Гермафродитные цветки могут развиться, если ломается последний ген системы, CmACS-7 , подавляющий развитие тычинок. В норме он работает, если его не отключает CmWIP1 , то есть в женских цветках.

Схема оказалась не слишком сложной, и, зная ее структуру, исследователям удалось создать у однодомных растений искусственную двудомность - то есть получить растения женского и мужского полов. Для этого они скрестили растения с дефектными аллелями ACS11 и CmWIP1 с растениями, гетерозиготными по гену CmWIP1 . Получилось, что у одной половины потомков был рабочий вариант гена CmWIP1 , а у другой его не было. При этом ни у одного из них не было рабочего варианта гена ACS11 , управляющего активностью CmWIP1 . Получилось, что у той половины потомков, которой достался рабочий вариант CmWIP1 , развились только мужские цветки, а у той, что не получила работоспособного варианта этого гена, цветки были только женскими.

Зная, где именно в развивающемся бутоне должны быть активны гены, управляющие полом цветка, в будущем можно будет менять пол отдельных цветков растения, прицельно работая с генами определенных бутонов.

Интересно, что растения, осваивающие новую среду обитания, могут и сами подстраивать свою половую систему под изменившиеся обстоятельства. Например, известно, что на Гавайских островах доля двудомных растений в несколько раз выше, чем в континентальной флоре. Ученые полагают, что история современной гавайской флоры началась с растений-гермафродитов, которые не обладали эффективными барьерами против самоопыления. Самоопыление можно рассматривать как пример близкородственного скрещивания, и, конечно, оно плохо сказывается на генетическом благосостоянии популяции. Нет хороших барьеров против самоопыления - приходится превращаться из гермафродитов в «самцов» и «самок». По-видимому, это и стимулирует переход к раздельнополому существованию от гермафродитизма, который в общем случае значительно упрощает растениям поиск полового партнера.

Вопрос: Я новичок в грове, а живу в районе Залива. Я несколько месяцев раздумывал, не завести ли себе карту пациента медицинской марихуаны, и наконец решился. Теперь наслаждаюсь всем, что она дает, и вот заинтересовался возможностью самостоятельного выращивания. Однако я не понимаю, как различать, какое растение мужское, а какое женское? … И еще: по шкале от 1 до 10 насколько по вашему сложно выращивать коноплю?
Ответ: Поздравляю с приобретением карты — это вы правильно решили. Все, кто живет в штатах с легальной медицинской или рекреационной марихуаной, должны пользоваться своими правами, а не приобретать марихуану на черном рынке — это, по меньшей мере, поддержит политику штата и поможет прекратить федеральный запрет марихуаны.

Что касается ваших вопросов… Начнем с того, что по шкале от одного до десяти коноплю выращивать очень просто – я бы сказал где-то на 2 или 3! Конечно, выращивание высококачественных шишек чуть-чуть сложнее. Я не устаю повторять, что конопля это сорняк – она растет практически в любых условиях! Конопля — это сильное и выносливое растение. Однако то, насколько хорошо она будет расти, зависит от вас. И все же не бойтесь. Выращивание — это дело простое, интересное и умиротворяющее.

Что касается определения пола растений, давайте начнем с основ для тех, кто совсем не в теме. Конопля, если выращивать ее из регулярных (нефеминизированных) семян, даст либо мужские, либо женские растения в пропорции примерно 50/50, то есть из пачки в 10 семян вы можете рассчитывать получить 5 девочек. Женские растения — это то, что нужно большинству гроверов, так как они производят цветы, которые мы курим. Мужские растения нужны только бридерам, которые собирают пыльцу для целей скрещивания (гибридизации). На мужских растениях не вырастают цветы, которые можно курить.

Проблема в том, что мужскую марихуану нужно убрать из сада как можно раньше, пока она не опылила все вокруг. Если это случится, то в женских цветах начнут формироваться семена, а семена в шишках никому не нравятся.

Лучший способ определить пол растения без перевода на цвет — это найти «предцветы». Предцветы появляются в узлах, то есть в точке, где боковые ветки отходят от главного стебля. Предцветы начинают появляться на четвертой неделе от всходов. Однако это сказано без учета времени на укоренение, поэтому, если ваши растения долго прорастали/всходили, то появление предцветов может задержаться до шестой недели. Если вы не увидели предцветов на главном стебле, осматривайте узлы на боковых ветках. Если их нет и там, подождите еще неделю.

Мужские цветы приподняты на крошечной короткой ножке. Женские сидят на стволе плотнее, без всякой (или почти без всякой) ножки. Воспользуйтесь лупой, чтобы точнее определить структуру предцветов. Позже появятся и другие признаки, отличающие мужские растения от женских — такие как высота растения, более просторная структура куста, а также зеленые шарики, формирующиеся на ветвях.

После того, как на растении появились предцветы, пройдет не больше двух недель, прежде чем оно начнет распространять пыльцу, так что, как только растения показали пол и оказались мужскими, их следует немедленно убрать. Кроме того, помните, что у клонов пол проверять не обязательно, так как они имеют тот же пол, что и растение-родитель. Если клон был взят с женского растения (так и будет, если вы купили его в конопляной аптеке), то, созрев, он тоже станет женским, так что волноваться об этом не нужно.

С появлением феминизированных семян умение определять пол растения стало уже не таким важным. Большинство из вас никогда своими глазами не увидит мужское растение конопли, хотя с гермиками (гермафродитами) рано или поздно столкнется, наверно, каждый.

И все же на рынке имеются сорта конопли, которые продаются только в виде регулярных семян. Они, в отличие от феминизированных, могут дать как женские растения, так и мужские. Пример - классический сорт Skunk #1 от Dutch Passion . Есть банки семян, которые принципиально не продают фемки, например, Mandala Seeds . Некоторые их сорта настолько хороши, что ради такой генетики стоит заморочиться с регулярами.

Итак, допустим, что вы купили упаковку регулярных семян марихуаны и хотите как можно раньше определить мужские особи и срубить их, пока они не опылили все вокруг и не испортили вам урожай. Опять же тратить время, силы, место, свет ламп и удобрения на выращивание мальчиков никому не хочется.

Точно узнать, какого пола ваш канабис, можно только когда он по-настоящему зацветет. И все же есть несколько способов раннего определения пола. Одни из них обеспечивают довольно высокую точность, другие скорее укажут вам, чего ожидать от того или иного растения в будущем.

Способ 1. По высоте и структуре куста

Если вы прорастили много семян одного сорта, который к тому же и стабилен (однороден), и все растения культивируются в одних и тех же условиях, то вы можете заметить, что часть особей отличается большей высотой и более стройной структурой. Велика вероятность того, что именно они и дадут в итоге мужские растения. Более компактные и ветвистые кустики с большей вероятностью окажутся женскими. Конечно, это всего лишь подозрение, на основании которого не стоит выносить приговор и приводить его в исполнение, но зато теперь вы будете знать, к каким растениям присматриваться особенно пристально.

Считается, что разница в росте/структуре менее заметна, когда конопля культивируется в закрытом грунте, под лампами.

Если вы из раза в раз выращиваете один и тот же регулярный сорт марихуаны, возможно, вы заметите и другие особенности, отличающие мужские растения от женских уже на веге. Например, у AK 47 от Serious Seeds мальчики пахнут заметно сильнее, чем девочки.

Способ 2. По предцветам

После нескольких недель вегетативного роста растения достигают достаточной зрелости, чтобы начать цвести. Об этом в частности скажет появление первых предцветов в том месте, где боковые веточки отходят от основного стебля или где вторичные побеги отходят от первичных боковых веток. Поначалу предцветы - это всего лишь крошечные бугорки. Позже они примут характерный вид - либо мужских "бананов", либо женских "луковок" с торчащими из них двумя длинными волосками. Однако этого момента можно не ждать, а взять лупу и внимательно рассмотреть бугорок. Если он отделен от стебля короткой ножкой, скорее всего это мужской предцвет. Если плотно сидит на стебле, то женский.

Способ 3. По времени появления предцветов

Мужские растения конопли созревают на 1-4 недели (в среднем две) раньше, чем женские. Поэтому растения, показавшие предцветы раньше всех, скорее окажутся "самцами".

Все три способа вместе имеют неплохую предсказательную силу. Так что, если вы заметили, что какие-то растишки выше других, меньше кустятся, раньше показали бугорки предцветов, которые к тому же имеют короткую ножку, то скорее всего вы имеете дело с мужским канабисом.

Способ 4. Принудительный перевод клона на цвет

Этот способ очень надежен, поскольку клон, срезанный с материнского растения, имеет в точности ту же генетику, в том числе тот же пол. Особенно удобно использовать этот способ при выращивании конопли в открытом грунте. Объясню почему. Для укоренения срезанного клона требуется неделя. Еще неделя может уйти на то, чтобы клон показал пол после переключения в режим 12/12. Итого, две недели. При выращивании в закрытом грунте это приличный срок. Не каждый гровер сможет позволит себе определять пол таким медленным способом, ведь за 2 недели растихи ого-го как вырастут. А вот для открытого грунта это не много. Срезав клон в начале июня, вы уже к середине месяца будет знать пол растихи и решите - оставлять или рубить. Если же ждать, когда сам большой куст покажет пол, то это может произойти и в конце июля и вплоть до сентября. То есть это лишние полтора-два-три месяца ожиданий, сомнений, надежд, усилий и палева.

Если клон взять не удается, потому что ваша конопля не спешит отращивать боковые ветки, вы можете стимулировать ветвление путем прищипывания главного стебля (в том числе, FIM) и суперкроппинга .

Не забудьте маркировать сами клоны и кусты, с которых они были срезаны, чтобы потом не запутаться.

Способ 5. Принудительный перевод на цвет самой растихи. С последующей ревегой

Этот способ особенно подойдет для выращивания в атудоре. Например, вы заранее вырастили рассаду в доме, под лампами и теперь готовы высадить ее в открытый грунт, но сперва хотели бы отсеять мужиков. Переключаете таймер в режим 12 часов света / 12 часов темноты. Примерно через неделю растихи покажут однозначные признаки пола. Похерив мужиков и оставив женские растения, подержите их несколько дней под круглосуточным освещением. Это даст им понять, что вега не окончена и надо продолжать расти, а с цветением обождать. Потом уже можно высаживать на улицу.

Недостаток такого способа в том, что он чреват стрессом, а стресс может затормозить развитие и даже привести к гермафродитизму, то есть появлению мужских бананов среди женских соцветий. Кроме того, не все сорта легко вернутся к вегетативному росту. Некоторые индики, раз начав цвести, уже не остановятся, и получатся маленькими.

Способ 6. По росткам

Некоторые гроверы, использующие этот экзотический способ определения пола, утверждают, что его точность доходит до 90%. Смысл в том, что вылезти из скорлупки корешок может либо с конца семечки, либо из середины. Якобы, корешок, вылезающий из середины, указывает на мужское растение. Честно скажу, что я этого не понимаю, однако, раз уж читал об этом, решил упомянуть.

Способ 7. По одной затемненной веточке

Чтобы не срезать веточку на клон и не ждать потом, пока она укоренится, можно попытаться перевести ее на цвет прямо на кусту. Для этого ее нужно закрывать на 12 часов в сутки пакетом из плотной черной бумаги, не пропускающей свет. Лично мне еще приходят на ум черные упаковочные пакеты, в которых хранятся картриджи для принтеров. Если обеспечить действительно полное затемнение, то веточка якобы зацветет.

Напоследок скажу пару слов о гермах. Рекомендую вам регулярно осматривать цветущие растения. Заметив случайный банан, желтеющий среди женской волосни, удалите его пинцетом. Если россыпь бананов обильна, возможно лучше не рисковать и убрать растиху совсем. Кроме того, чем раньше растиха огермится, тем больше бед успеет натворить, а вот появление мужских половых органов в последние недели на цвете испортит ваши шишки не сильно. Просто потому, что полноценные семена не успеют развиться.

Подпишитесь на наш канал в Telegram и вы будете оперативно информированы о новых публикациях на сайте:

Подавляющее большинство высших растений обоеполые (гермафродитные). Морфологические и физиологические различия женского и мужского пола у них выражаются только в процессах дифференциации половых элементов. Гаметы таких организмов генетически совершенно идентичны. Но около 5% цветковых растений двудомные: тычиночные и пестичные цветки у них находятся на различных особях (женских и мужских). У таких организмов отчетливо выражен половой диморфизм.

У некоторых двудомных растений также обнаружены половые хромосомы. Это: дрема белая; спаржа; конопля посевная; хмель обыкновенный; шпинат; виды рода Ива; виды рода Тополь; виды рода Щавель. У всех у них женский пол – гомогаметный, мужской – гетерогаметный. У хмеля японского и двух видов щавеля мужская форма имеет генотип XYY . У полиплоидных видов земляники женский пол – гетерогаметный, мужской – гомогаметный. У диоскореи ♀ XX , ♂ XO .

У многих двудомных растений специальных половых хромосом нет. Все хромосомы мужского и женского пола морфологически одинаковы. Пол у них связан с наличием определенных генов в аутосомах.

У огромного большинства организмов пол определяется в момент оплодотворения – сингамно – и связан с наличием специальных половых хромосом, которые в отличие от остальных хромосом (аутосом) обозначаются буквами X и Y. Различают четыре основных типа хромосомного определения пола.

Типы пола при сингамии

Из таблицы 3.1 видно, что у I и II типов женский пол гомогаметный (образует яйцеклетки, одинаковые по половым хромосомам), а мужской пол – гетерогаметный (образует два вида сперматозоидов: с X и Y хромосомами). У II и IV типов – наоборот. Гетерогаметность одного пола и гомогаметность другого у каждого вида животных обеспечивает равное количество потомков женского и мужского пола, то есть в соотношении 1:1.

У растений, так же как и у животных, существует два основных типа генетического контроля пола. Первый из них целиком определяется присутствием или отсутствием Х-хромосомы. Наследование пола по этому типу идет, например, у щавеля малого и дремы белой. У этих растений одна У-хромосома определяет мужской пол независимо от числа Х-хромосом, которое у полиплоидных видов этого растения может быть увеличено в несколько раз. Только при отношении X: У, равном 8:1, нормальные мужские формы не развиваются.

Второй тип, характерный для щавеля обыкновенного, связан с факторами, находящимися в половых хромосомах и аутосомах, и развитие признаков того или иного пола в этом случае, как и у дрозофилы, определяется соотношением половых хромосом и аутосом. У щавеля обыкновенного женские и мужские формы и интерсексы характеризуются индексом Х:А.

Данные генетики пола у растений используются в селекционной: работе по созданию однодомных форм конопли и в селекции других раздельнополых культур.

Пол организма, как и любой признак, развивается не только под влиянием генотипа, но и под воздействием факторов внешней среды. Однако стоит сказать, что для разных организмов степень влияния генотипа и факторов внешней среды на определение пола различна, т.е. у одних организмов (человек, большинство млекопитающих) определяющим является генотип, а других (рыбы, некоторые черви) – факторы внешней среды. Так Существует три типа определения пола в природе: эпигамный, прогамный и сингамный. В первом случае пол определяется после оплодотворения, во втором – до оплодотворения, а в третьем – в момент оплодотворения. Примером эпигамного оплодотворения является оплодотворение у морского червя боннелии. У боннелии очень мелкие самцы обитают в матке гораздо более крупных самок (рис. 3.1). Бесполая свободно плавающая личинка боннелии при попадании на хоботок самки под влиянием выделяемых этим хоботком веществ превращается в самца, мигрирующего затем в половые органы самки. Если же личинка не встречает самку, то прикрепляется ко дну и превращается в самку. В редких случаях эпигамное определение пола встречается у двудомных растений. Так у японской ариземы растения, выросшие из крупных клубней, образуют женские цветки. Из щуплых клубней развиваются растения, дающие мужские цветки. У некоторых животных (крокодил, черепаха) пол потомка определяется температурой, при которой идет формирование зародыша в яйце, зарытом в песке.

У некоторых червей и коловраток наблюдается прогамное определение пола. Самки откладывают неоплодотворенные яйца двух сортов: крупные, богатые цитоплазмой, и мелкие, относительно бедные ею. После оплодотворения первые развиваются в самок, а вторые – в самцов (рис. 3.2).

Иногда факторы внешней среды оказывают существенное влияние на определение пола и у млекопитающих. Так, у крупного рогатого скота при одновременном развитии двух разнополых близнецов бычки рождаются нормальными, а телочки – часто интерсексами (организм, у которого в той или иной степени развиты одновременно признаки как одного, так и другого пола). Это объясняется более ранним выделением мужских половых гормонов и влиянием их на пол второго близнеца. Описаны случаи проявления у человека мужского фенотипа при содержании половых хромосом XX и женского (синдром Мориса или тестикулярной феминизации) – при генотипе XY. При синдроме Мориса и эмбриогенезе идет закладка семенников, начинающих продуцировать мужские половые гормоны. Однако у таких зародышей не образуется белок-рецептор (рецессивная генная мутация), который обеспечивает чувствительность клеток развивающихся органов к тестостерону. Вследствие этого развитие по мужскому типу прекращается, и проявляется женский фенотип. Переопределение пола можно наблюдать у атлантической сельди. Сельди живут небольшими стаями, в каждой из которых имеется один самец и несколько самок. Если самец погибает, то через некоторое время самая крупная самка превращается в самца.

Обратите внимание на более толстые, прочные стебли с меньшим количеством листьев, что характерно для мужских растений. По сравнению с женскими растениями той же разновидности, мужские, как правило, имеют более толстый стебель. Это объясняется тем, что они вырастают выше женских растений, и для поддержания веса им необходим более прочный стебель. Кроме того, на мужских растениях меньше листьев, чем на женских.

Регулярно осматривайте растения с июля до сентября, чтобы определить их пол. Если мужским растениям позволить выпускать пыльцу, это значительно снизит будущий урожай женских растений. Это вызвано тем, что после опыления женские растения расходуют свою энергию не на выработку ТГК, а на взращивание семян, что приводит к уменьшению сбора. Если вы выращиваете коноплю в помещении, то регулярно видите растения, и вам не составит труда проделать следующую проверку.

• Осмотрите каждое растение с тем, чтобы определить, женское оно или мужское - единственное мужское растение способно испортить вам весь урожай.
• Как правило, мужские растения проявляют свои половые признаки на 7-10 дней (в помещении) или на 3 недели (под открытым небом) раньше женских.