Образовавшиеся после распада тетрад микроспоры в течение некоторого времени находятся в так называемой интерфазе — периоде, когда клетки интенсивно готовятся к последующей деятельности; внешне это проявляется только в увеличении их размеров.
За это время в ядрах микроспор подготавливается новый митотический аппарат, удваивается содержание ДНК, происходят биохимические процессы, обеспечивающие энергетическую подготовку клеток к новому делению.
Последующая физиологическая полноценность пыльцы зависит не только от правильного хода делений, но и от успешности биосинтеза в пыльцевых зернах веществ различного значения. В зрелых пыльцевых зернах хвойных содержится крахмал, жиры, аминокислоты, физиологически активные вещества, окислительные ферменты, витамины.
Установлено, что у нарцисса и тюльпана, например, флавонолы образуются в пыльце только в период распада тетрад. Усиленный биосинтез связан с разрушением тапетума и высвобождением пластических веществ, которые и используются формирующимися пыльцевыми зернами. По-видимому, то же самое происходит и у хвойных. У пихты сибирской тапетум разрушается во время распада тетрад, поэтому можно считать, что вещества, обнаруженные в зрелой пыльце, синтезируются преимущественно в интерфазе.
Обычно интерфаза микроспор у пихты сибирской длится довольно долго, например в 1975 г. 9 дней. Длительность интерфазы зависит от погоды.
После интерфазы наступает период митотических делений, в процессе которых микроспора превращается в мужской гаметофит.
Пыльца хвойных из семейства сосновых представляет собой редуцированное образование, соответствующее проталлиуму папоротникообразных. Образующиеся в результате первых двух делений ядра микроспоры, первая и вторая проталлиальные клетки представляют собой остатки редуцированного заростка. Они обычно не делятся и в процессе развития пыльцевого зерна дегенерируют. В результате третьего деления образуются генеративная и сифоногенная клетки. Последняя при прорастании пыльцевого зерна растягивается в пыльцевую трубку, а генеративная делится на стебельковую и базальную клетки. Плазма стебельковой клетки разрушается — от нее остается только ядро, базальная же клетка путем деления образует два спермия. Четвертое и пятое деления относятся непосредственно к гаметогенезу, т. е. процессу образования половых гамет.
У пихты сибирской первая проталлиальная клетка имеет небольшие размеры, она характерна своей чечевицеобразной формой и располагается у дорзальной стенки пыльцевого зерна. В центре зерна остается более крупное округлое ядро антеридиальной клетки. При последующем делении антеридиальное ядро отделяет вторую проталлиальную клетку, которая размещается под первой. Она крупнее и дольше сохраняется, тогда как первая проталлиальная клетка довольно быстро дегенерирует, от нее остается только узкая темная полоска у дорзальной стенки зерна. Между первым и вторым делением проходит 1—2 дня. Затем антеридиальное ядро вновь делится, образуются сифоногенная и генеративная клетки. Генеративная клетка занимает центральное положение в теле пыльцевого зерна, она чашеобразно вогнута со стороны второй проталлиальной клетки. Хорошо видны стенки клеток. Ядро генеративной клетки крупное, интенсивно окрашивается, хорошо очерчено. Сифоногенная клетка размещается у вентральной стенки пыльцевого зерна и с боков охватывает генеративную. Ядро сифоногенной клетки просматривается хуже, но сама клетка отделяется от генеративной очень четко. На этом деления в пыльцевом зерне пихты сибирской заканчиваются. Остальные происходят уже в пыльцевой трубке при прорастании пыльцы.
Зрелое пыльцевое зерно пихты сибирской имеет четырехклеточную структуру. Оно содержит две проталлиальных (дегенерирующих), сифоногенную и генеративную клетки. Иногда можно встретить пыльцевые зерна, содержащие все четыре клетки одновременно. У пихты сахалинской пыльца имеет пятиклеточное строение, т. е. в ней проходит еще и четвертое деление с образованием стебельковой и базальной клеток. Возможно, что в годы с более благоприятной погодой у пихты сибирской также успевает пройти четвертое деление. Варьирование числа делений за период созревания пыльцы известно, например, у дугласовой пихты. Вероятно, оно зависит от внешних условий в период развития пыльцы.
Митотические деления проходят асинхронно. Например, на 28 мая 1975 г. в интерфазе имелось 44% микроспор, с двумя клетками — 6, с тремя — 33, с четырьмя — 17%. В данном случае 56% пыльцевых зерен развивались нормально, остальные 44% оставшиеся в интерфазе, по-видимому, составляли ту часть пыльцы, развитие которой было задержано холодом. Однако высокая фертильность зрелой пыльцы пихты в 1975 г. позволяет заключить, что и эта часть пыльцы завершила развитие.
Цикл развития пыльцы от начала мейоза до созревания занял в 1975 г. 34 дня (практически весь май). Среднесуточная температура мая была 7,9°, максимум 30,8°, минимум —2,2°. Мейоз начинается после перехода среднесуточной температуры через 5° при высоких дневных максимумах (более 15°), несмотря на принулевую минимальную температуру ночью. Завершение профазы и переход к апогею мейоза связан с подъемом хотя бы дневных максимумов температуры до 20°, при недостатке же тепла профаза очень сильно затягивается. Конец мейоза может проходить и на фоне некоторого снижения температуры, начавшиеся деления уже не останавливаются.
Распад тетрад при температуре ниже 10° задерживается, по-видимому, в связи с замедлением лизиса оболочек и роста воздушных мешков.
Длительность интерфазы микроспор также тесно связана с температурой воздуха. В 1975 г. начало интерфазы было 9 мая, окончание 16 мая. Во время интерфазы температура ночью опускалась до —2,2°. Митотические деления смогли начаться только после подъема среднесуточных температур выше 15°, при дневных максимумах выше 25°.
Неблагоприятные температурные воздействия приводят к различным аномалиям в ходе мейоза, вследствие которых возникают пыльцевые зерна с разного рода нарушениями: с неправильно развитыми воздушными мешками, с числом их больше или меньше двух, сросшиеся и др. В 1975 г. в зрелой пыльце пихты сибирской оказалось до 10% таких отклонений.
Микроспорангии раскрываются не сразу по созревании пыльцы, но лишь по достижении определенной влажности. Наблюдалась следующая динамика влажности микростробилов: в апогее мейоза — 52%, в конце мейоза — 60, в интерфазе — 63, к концу митотических делений — 87, утром в день вылета пыльцы — 80, вечером того же дня, когда уже шел активный вылет пыльцы,— 55%. Таким образом, в период развития пыльцы влажность микростробилов возрастает, обеспечивая ростовые процессы и метаболизм пыльцевого зерна; максимум влажности микростробилов наступает перед самым вылетом пыльцы, что ранее наблюдалось и у пихты бальзамической. Высыхание стробилов происходит очень быстро, в нашем примере — в течение одного дня.
Сроки вылета пыльцы у пихты сибирской колеблются от 24 мая (1974 г.) до 5 июня (1957 г.), средний срок 31 мая.
Отметим, что терминальные почки с микростробилами трогаются в рост только по завершении развития пыльцы в силу строгой корреляции ростовых и генеративных процессов в кроне дерева.
Пыльцевые зерна пихты сибирской гораздо крупнее пыльцевых зерен сосны (длина зерна около 70 мкм) и кедра сибирского (около 85 мкм). Уровень изменчивости размеров пыльцы в пределах одного дерева, по классификации С. А. Мамаева (1972), можно считать низким. Однако случается, что в образце пыльцы с одного дерева наряду с нормальными в большом количестве встречаются мелкие пыльцевые зерна. Так, в 1976 г. у одного дерева пихты сибирской пыльцевые зерна имели длину тела 96,5 мкм, мелкие — 69,1; высота тела соответственно 84,0 и 52,8 мкм.
Размеры пыльцы с разных деревьев обнаруживают очень высокий уровень изменчивости. Например, у трех деревьев длина тела зерна равнялась 96,5; 98,8 и 86,0 мкм.
Можно привести некоторые цифры, характеризующие величину пыльцевой продукции пихты. Число побегов с мужскими пыльниковыми шишками, естественно, зависит от возраста и степени развития кроны дерева. Деревья в возрасте около 80 лет, выросшие в лесу, имеют 2—3 тыс. таких побегов, а выросшие на свободе — свыше 6 тыс. Продукция пыльцы с одного дерева в семенной год в первом случае составляет 90, а во втором достигает 350 г. С одного среднего побега с 14 микростробилами получается около 150 мг пыльцы, с одного микростробила — 11. В несеменной год продукция пыльцы резко снижается.