Методические аспекты изучения регенерации декоративных растений различных биоморф
- Авторы: Васильева О.Ю.1, Сарлаева И.Я.1
-
Учреждения:
- Центральный сибирский ботанический сад СО РАН
- Выпуск: Том 7, № 4 (2018)
- Страницы: 20-25
- Раздел: 03.02.00 – общая биология
- URL: https://snv63.ru/2309-4370/article/view/21824
- DOI: https://doi.org/10.17816/snv201874103
- ID: 21824
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В статье поднимается проблема сохранения, поддержания, омоложения и ускоренного размножения растительных объектов биоресурсных коллекций с использованием зеленого черенкования. Описывается постановка интродукционных экспериментов по изучению регенерации травянистых и древесных растений в трех основных направлениях: агротехническое, физиолого-биохимическое и морфологическое. В первом случае основными изучаемыми факторами являются сроки и способы, а также микроэкологические условия, в которых проходит регенерация (влажность, температура воздушной среды и субстрата). Физиолого-биохимический аспект касается применения различных ростовых стимуляторов, включая концентрации и экспозиции для обработки неукорененных черенков. Достоверное положительное влияние конкретного ростового вещества в сравнении с контрольной естественной регенерацией может быть доказано с помощью оценки существенности разности выборочных средних по t-критерию. Морфологический аспект изучения регенерации отражает особенности каллюсо- и ризогенеза. Наиболее глубокий анализ возможен, когда в эксперименте задействованы представители родовых комплексов, виды и сорта различного эколого-географического и генетического происхождения. Подробно описана редко используемая, но весьма информативная классификация типов каллюсо- и ризогенеза, предложенная Н.Ф. Довбыш, Н.А. Олейник и Г.А. Кудиной (1993), в которой описаны три типа заложения каллюса: валикообразное, очаговое и сплошное, а также пять типов локализации и выноса придаточных корней. Корнеобразование может происходить 1) в зоне узла, 2) из наплывов каллюсной ткани, 3) со стороны почки и листового следа, 4) по всей поверхности междоузлия, а также быть 5) смешанным (из тканей в зоне узла и наплывов каллюсной ткани). На основании многолетнего изучения регенерации кустарниковых и травянистых декоративных растений авторами статьи предложен еще один тип выноса корней – по всей поверхности нижнего среза.
Ключевые слова
Полный текст
Введение
Одним из самых современных направлений исследований, касающихся растительного биоразнообразия, является формирование, изучение и сохранение биоресурсных коллекций [1–3]. В отличие от гербарных фондов, виды и сорта, входящие в состав биоресурсных коллекций, находятся в процессе роста и развития, вегетации и покоя. Их сохранение, а точнее, поддержание требует обоснования сроков и способов омоложения, а также возможностей ускоренного размножения.
У объектов, работа с которыми проводится ex situ, используется их естественное 1) семенное и 2) вегетативное (столонами, корневыми отпрысками и др.) размножение, а также проводится искусственное 3) вегетативное (прививка, черенкование, деление куста) и 4) микроклональное размножение.
Первые три способа изучены в лаборатории интродукции декоративных растений Центрального сибирского ботанического сада СО РАН (г. Новосибирск) у широкого спектра культур и родовых комплексов в условиях континентального климата лесостепи Западной Сибири. Так, например, среди популярных красивоцветущих и декоративно лиственных травянистых многолетников наиболее раннее, в трехлетнем возрасте, омоложение путем деления куста необходимо короткокорневищным астильбам. В противном случае у них наблюдается значительное одревеснение вертикально нарастающего корневища. Каудексовые травянистые пионы, короткокорневищные и кистекорневые хосты, напротив, могут расти на одном месте без снижения декоративности семь и более лет. Промежуточное положение по срокам деления куста (4–5 лет) занимают флоксы и лилейники.
Ускоренное размножение ценных видов, форм и сортов древесных и травянистых декоративных растений, не требующее пересадки, возможно посредством зеленого черенкования. В процессе подготовки на базе лаборатории интродукции декоративных растений ЦСБС студентов и аспирантов, изучающих различные объекты, нами, на основании анализа литературных данных и результатов собственных экспериментов, были обоснованы следующие методические аспекты изучения регенерации декоративных растений кустарниковых и травянистых биоморф: агротехнический, физиолого-биохимический и морфологический.
В зависимости от объектов, целей и задач исследования, а также уровня обучения и, соответственно, обобщения результатов исследований в виде выпускной квалификационной работы, магистерской или кандидатской диссертации можно применять различные подходы к изучению регенерации и различные способы статистической обработки экспериментальных данных.
Цель данной работы – показать планирование интродукционных экспериментов изучения каллюсо- и ризогенеза в зависимости от условий, способов и сроков зеленого черенкования.
Материал и методы
Модельными объектами, описанными в данной работе, являлись 4 сорта флокса метельчатого, 7 сортов хризантемы корейской и 5 сортов чайно-гибридных роз. В эксперименты также привлекались различные кустарниковые декоративные и пищевые растения. Все объекты входят в состав биоресурсной научной коллекции ЦСБС СО РАН «Коллекции живых растений в открытом и закрытом грунте» (№ USU 440534).
Биоморфологические характеристики даны на основании классических методик изучения морфологии вегетативной и генеративной сферы [4; 5] Особенности каллюсо- и ризогенеза описаны по методике Н.Ф. Довбыш, Н.А. Олейник, Г.А. Кудиной [6] с нашими дополнениями.
Эксперименты по зеленому черенкованию проводились в 2015–2018 гг. в условиях стационарной теплицы и летних теплиц с искусственным туманом (режим впрыска – 4 раза в час). Покрытие теплиц – сотовый поликарбонат. Статистическая обработка данных опытов выполнена по Б.А. Доспехову [7].
Результаты исследований и их обсуждение
Агротехнический аспект изучения особенностей регенерации растений при зеленом черенковании подразумевает обработку данных методом многофакторного дисперсионного анализа, где в качестве факторов выступают сроки и способы черенкования, реже – микроэкологические условия проведения экспериментов.
Сроки черенкования дендрологических объектов обычно связаны со степенью одревеснения побегов, периодом сокодвижения [8; 9]. У травянистых растений – с фазами развития генеративного побега. Данные биологические особенности приурочены к климатическим условиям. Поэтому при получении материала для черенкования из открытого грунта в период активной вегетации растений подбор оптимальных сроков черенкования различных объектов в конкретных географических пунктах весьма актуален. При проведении экспериментов в условиях стационарных круглогодичных теплиц (оранжерей) немаловажную роль играет продолжительность отопительного сезона и, соответственно, ночные температуры в теплицах.
Способы черенкования чаще всего связаны с определением оптимального числа междоузлий на отрезках побега, предназначенных для черенкования [10]. Выявление минимально возможной длины побега для успешного черенкования имеет огромное значение для размножения видов и сортов, исходный материал которых имеется в коллекции в ограниченном количестве [11].
Микроэкологические условия, наиболее важные для укоренения, определяются температурой воздуха и субстрата, а также влажностью. Создать различные гидротермические режимы в рамках одной теплицы весьма затруднительно, а чаще всего невозможно. Поэтому данный фактор значительно реже используется при планировании экспериментов по зеленому черенкованию. Нами в этом направлении проводились сравнительные исследования по укоренению зеленых черенков флокса метельчатого в условиях теплицы с туманообразующей установкой и в пленочных тоннелях (в одни и те же сроки).
Многофакторные опыты закладываются в трех-четырех повторностях. В случае небольшого количества материала для заготовки черенков (например, ценных новинок) можно в качестве повторностей использовать сорта изучаемой культуры. Однако их подбор не должен быть случайным. Как показали наши многолетние исследования, объектами которых являлись садовые розы и флоксы метельчатые, сорта-повторности должны или принадлежать к одной садовой группе, классу, разделу (например, розы группы флорибунда), или к одной группе по срокам цветения – последнее обусловливает приблизительно равную степень развития побегов, используемых для черенкования.
В опытах по подбору оптимальных сроков (фактор А) и способов черенкования (фактор В) сортов флокса метельчатого в качестве повторностей использовались сорта среднего срока цветения. Изначальное число неукорененных (двух-, трех- и четырехпочковых) черенков в повторности – 15. Результаты представлены в таблицах 1, 2.
Таблица 1 – Укоренение сортов флокса метельчатого в условиях искусственного тумана
Срок (А) | Способ (В) | Сорта-повторности | Средние | |||
Румяный | Добрыня | Сходня | И.С. Бах | |||
Первая половина июля | двухпочковый | 12 | 10 | 8 | 7 | 9,3 |
трехпочковый | 14 | 15 | 12 | 13 | 13,5 | |
четырехпочковый | 11 | 12 | 12 | 10 | 11,3 | |
Вторая половина июля | двухпочковый | 13 | 13 | 11 | 12 | 12,3 |
трехпочковый | 14 | 14 | 15 | 14 | 14,3 | |
четырехпочковый | 14 | 10 | 14 | 12 | 12,3 |
Таблица 2 – Результаты дисперсионного анализа опыта по укоренению сортов флокса метельчатого в условиях искусственного тумана
| Сумма квадратов | Степени свободы | Средний квадрат | Fфакт | F₀₅ |
Общая | 99,3 | 23 | – | – | – |
Сроков (А) | 16,6 | 1 | 16,6 | 8,3* | 4,41 |
Способов (В) | 40,1 | 2 | 20,1 | 9,6* | 3,55 |
Взаимодействия (АВ) | 5,6 | 2 | 2,8 | 1,3 | 3,55 |
Остаток (ошибки) | 37,0 | 18 | 2,1 | – | – |
Примечание. * – действие значимо на 5%-ном уровне (Fфакт > F₀₅).
Как выяснилось, условия искусственного тумана оказались оптимальными для регенерации – укоренение у некоторых сортов достигало 100% (в отличие от открытых «череночников» [12], где этот показатель не превышал 80%). Для сортов среднего периода цветения предпочтительным сроком черенкования оказалась вторая половина июля, а способом – черенок с тремя узлами (трехпочковый). НСР₀₅ = 2,1.
Когда выбран оптимальный способ и срок черенкования [13], можно оценивать индивидуальную способность сортов к регенерации. В этом случае один из успешно и длительно выращиваемых или районированных сортов выбирается в качестве контрольного (standart). Результаты подобного опыта, проведенного с сортами садовых роз из группы чайно-гибридные в стационарной теплице, представлены в таблицах 3 и 4. Опыт был заложен в первой половине апреля, т.к. этот срок ранее был определен как оптимальный для данной теплицы и особенностей отопительного периода [14].
Таблица 3 – Приживаемость садовых роз при зеленом черенковании в стационарной теплице
Годы | Сорт | Количество укоренившихся черенков, шт. | ||
(А) | (В) | Повторности | ||
|
| I | II | III |
| Rose Pavarotti | 16 | 8 | 13 |
| Black Magic | 12 | 17 | 15 |
2015 | Gloria Dei | 14 | 8 | 9 |
| Angelique (standart) | 13 | 17 | 18 |
| Dame de Coeur | 18 | 17 | 17 |
| Rose Pavarotti | 15 | 17 | 14 |
| Black Magic | 13 | 18 | 15 |
2016 | Gloria Dei | 15 | 9 | 12 |
| Angelique (standart) | 15 | 18 | 18 |
| Dame de Coeur | 17 | 19 | 17 |
Таблица 4 – Результаты дисперсионного анализа опыта при зеленом черенковании садовых роз в стационарной теплице
Дисперсия | Сумма квадратов | Степени свободы | Средний квадрат | Fф | F₀₅ |
Общая | 251,5 | 29 | – | – | – |
Лет (А) | 3,4 | 1 | 3,4 | 0,65 | 4,35 |
Сортов (В) | 140,2 | 4 | 35,1 | 6,75* | 2,87 |
Взаимодействие (АВ) | 3,2 | 4 | 0,8 | 0,15 | 2,87 |
Остаток (ошибки) | 104,7 | 20 | 5,2 | – | – |
Примечание. * – действие значимо на 5%-ном уровне (Fфакт > F₀₅).
Как видно из таблицы 4, фактор А (годы) не оказал существенного влияния на укореняемость, что вполне объяснимо, поскольку условия защищенного грунта достаточно выровненные и контролируемые. Напротив, влияние принадлежности к определенному сорту (фактор В) оказалось существенным – Fфакт = 6,75 при F₀₅ = 2,87.
Физиолого-биохимический аспект изучения регенерации древесных и травянистых растений при зеленом черенковании также включает проведение опытов, результаты которых обрабатываются методом дисперсионного анализа. Факторами для анализа в этом случае являются различные ростовые стимуляторы, их экспозиции и концентрации [15–18].
Однако довольно часто необходимо просто выяснить, насколько повышается укореняемость объекта (с ранее выявленной пониженной естественной регенерацией) в результате воздействия стимуляторов корнеобразования. В этом случае достаточно провести оценку существенности разности выборочных средних по t-критерию.
Так, для сорта жимолости Голубое веретено был рассчитан процент укоренения при регенерации без применения БАВ и с обработкой корневином. Каждый из двух образцов был представлен в четырехкратной повторности. Нарезанные черенки выдерживали в течение 12 час. в воде (контроль) и растворе корневина 1 г/л. В литературе имеются сведения, что данная концентрация и экспозиция дала существенное повышение укореняемости жимолости сорта Берель [19].
В нашем опыте укореняемость в контроле составила 82,50 ± 0,30% а при обработке корневином – 90,00 ± 0,36%. Влияние обработки оказалось существенным – Fфакт = 15,95 при F₀₁ = 3,71.
В теоретическом плане весьма интересным является морфологический аспект изучения регенерации, отражающий особенности каллюсо- и ризогенеза, особенно когда в эксперименте задействованы образцы различного эколого-географического и генетического происхождения [20].
Удачная разработка классификации типов каллюсо- и ризогенеза, предложенная Н.Ф. Довбыш, Н.А. Олейник и Г.А. Кудиной [6], стала возможна, на наш взгляд, благодаря привлечению в их эксперименты большого числа таксонов, не являющихся близкородственными (Weigela florida Bunge, Viburnum lantana L., Tamarix ramosissima Ledeb. и др.). Исследователями были описаны три типа заложения каллюса: валикообразное, очаговое и сплошное, а также пять типов локализации и выноса придаточных корней. Последний может происходить 1) в зоне узла, 2) из наплывов каллюсной ткани, 3) со стороны почки и листового следа, 4) по всей поверхности междоузлия, а также быть 5) смешанным (из тканей в зоне узла и наплывов каллюсной ткани). В процессе изучения регенерации кустарниковых и травянистых декоративных растений в качестве уточнения мы добавили к ним еще один – 6) по всей поверхности нижнего среза.
В наших многолетних исследованиях регенерации видов и сортов роз в условиях защищенного грунта было выявлено, что у данных объектов отмечаются все три типа каллюсогенеза [14; 21]. Причем наиболее интенсивное равномерное корнеобразование наблюдается при валикообразном типе. Очаговое заложение каллюса ведет к однобокому выносу придаточных корней, которые в этом случае наиболее уязвимы при пересадке из субстрата укоренения в земельные смеси. Сплошное обильное каллюсообразование могло быть следствием неблагоприятного гидротермического режима с избытком тепла и влаги, а также отмечалось у некоторых сортов с мощными, быстро одревесневающими побегами.
В отличие от роз – настоящих геоксильных кустарников – многие травянистые короткокорневищные и кистекорневые растения при зеленом черенковании практически не образуют каллюс. Наибольший интерес при изучении их особенностей регенерации представляет тип ризогенеза.
В наших экспериментах с сортами хризантемы корейской селекции Ботанического сада-института УНЦ РАН были описаны три типа выноса придаточных корней: по всей поверхности нижнего среза (сорт Полянка, рис. 1), двухъярусный – со стороны почки и листового следа, а также по всей поверхности нижнего среза (сорт Загир Исмагилов, рис. 2) и по всей поверхности междоузлия (сорт Афарин, рис. 3). Следует отметить, что последний тип ризогенеза наиболее характерен для кустарниковых растений (Hydrangea paniculata Siebold, рис. 4) В дальнейшем планируется выявить закономерности проявлений типов ризогенеза в зависимости от индивидуальных генотипических особенностей видов и сортов, а также микроэкологических условий регенерации.
Рисунок 1 – Вынос корней по всей поверхности нижнего среза
Рисунок 2 – Вынос корней со стороны почки и листового следа, а также по всей поверхности нижнего среза
Рисунок 3 – Вынос корней по всей поверхности междоузлия
Рисунок 4 – Вынос корней по всей поверхности междоузлия у кустарниковой биоморфы
Выводы
Основными направлениями изучения регенерации древесных и травянистых растений при зеленом черенковании являются агротехническое, физиолого-биохимическое и морфологическое.
При проведении агротехнических экспериментов основными изучаемыми факторами являются сроки и способы, а также микроэкологические условия, в которых проходит регенерация (влажность, температура воздушной среды и субстрата). Сроки черенкования древесных растений связаны со степенью одревеснения побегов, периодом сокодвижения, у травянистых растений – с фазами развития генеративного побега. При регенерации побегов в стационарных отапливаемых теплицах влияние лет (в качестве фактора дисперсионного анализа), как правило, оказывается несущественным вследствие контролируемых условий.
Способы черенкования связаны с определением оптимального числа междоузлий на отрезках побега, предназначенных для черенкования, а также степенью укорачивания испаряющей листовой поверхности. Выявление минимально возможной длины побега для успешного черенкования имеет огромное значение для размножения видов и сортов, исходный материал которых имеется в биоресурсных коллекциях в ограниченном количестве.
При небольшом объеме материала для заготовки черенков можно в качестве повторностей многофакторных опытов использовать сорта изучаемой культуры. В этом случае сорта-повторности должны принадлежать или к одной садовой группе, классу, разделу согласно садовой классификации, или к одной группе по срокам цветения, что обеспечивает приблизительно равную степень развития побегов, используемых для черенкования.
При изучении физиолого-биохимических особенностей регенерации факторами для дисперсионного анализа являются различные ростовые стимуляторы, их экспозиции и концентрации. При выборе наиболее эффективного стимулятора корнеобразования в интродукционных экспериментах можно также проводить оценку существенности разности выборочных средних по t-критерию.
Морфологический аспект изучения регенерации подразумевает описание особенностей каллюсогенеза (три типа) и ризогенеза (шесть типов, с учетом дополнительно введенного авторами типа «по всей поверхности нижнего среза»).
Совершенствование способов зеленого черенкования имеет важное значение для сохранения образцов различного эколого-географического и генетического происхождения в биоресурсных коллекциях.
Об авторах
Ольга Юрьевна Васильева
Центральный сибирский ботанический сад СО РАН
Email: vasil.flowers@rambler.ru
доктор биологических наук, заведующий лабораторией интродукции декоративных растений
Россия, НовосибирскИнна Яновна Сарлаева
Центральный сибирский ботанический сад СО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: inn1311@mail.ru
младший научный сотрудник лаборатории интродукции декоративных растений
Россия, НовосибирскСписок литературы
- Васильева О.Ю., Дорогина О.В., Кубан И.Н., Сарлаева И.Я., Буглова Л.В. Методические аспекты изучения биоресурсных коллекций редких и хозяйственно ценных растений // Садоводство и виноградарство. 2018. № 4. С. 12-18.
- Новикова Т.И., Дорогина О.В. Сохранение редких и исчезающих видов флоры Сибири методами ex situ // Труды Томского государственного университета. Серия: Биология. 2010. Т. 274. С. 276-278.
- Новикова Т.И. Использование биотехнологических подходов для сохранения биоразнообразия растений // Растительный мир Азиатской России. 2013. № 2 (12). С. 119-128.
- Мазуренко М.Т., Хохряков А.П. Структура и морфогенез кустарников. М., 1977. 158 с.
- Серебрякова Т.И., Воронин Н.С., Еленевский А.Г., Батыгина Т.Б., Шорина Н.И., Савиных Н.П. Ботаника с основами физиологии: анатомия и морфология растений. М.: Академкнига, 2006. 543 с.
- Довбыш Н.Ф., Олейник Н.А., Кудина Г.А. К изучению особенностей каллюсо- и ризогенеза при вегетативном размножении растений // Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития: тез. докл. междунар. конф. Донецк: Донецк. бот. сад, 1993. С. 225-226.
- Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 350 с.
- Иванова З.Я. Биологические основы вегетативного размножения древесных растений стеблевыми черенками. Киев: Наукова думка, 1982. 286 с.
- Хамурзаев С.М., Борзаев Р.Б. Зеленое черенкование калины и кизила // Горное сельское хозяйство. 2017. № 2. С. 91-94.
- Дениско И.Л. Размножение роз садовой группы Патио черенкованием // Hortus Botanicus. 2013. Т. 8. С. 33-46.
- Габибова Е.Н. Черенкование как лучший способ сохранения разнообразия форм можжевельника обыкновенного и туи западной // Инновации в науке, образовании и бизнесе - основа эффективного развития АПК. 2011. С. 36-38.
- Матвеев И.В. Флоксы метельчатые. М.: Фитон XXI, 2014. 152 с.
- Сафонова О.Н., Воронин А.А. Черенкование роз в условиях защищенного грунта // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. 2011. № 1. С. 36-38.
- Васильева О.Ю. Особенности регенерации видов, форм и сортов роз при зеленом черенковании // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2006. № 6. С. 19-24.
- Жидехина Т.В. Результаты применения регуляторов роста при зеленом черенковании смородины черной // Плодоводство и ягодоводство России. 2008. Т. 18. С. 141-155.
- Абдуллаева Э.В., Рамазанова А.Р. Особенности размножения туи западной черенкованием // Субтропическое и декоративное садоводство. 2011. № 45. С. 156-159.
- Зубарев Ю.А., Гунин А.В., Воробьева А.В. Развитие корневой системы трудноокореняемых сортов облепихи при зеленом черенковании с использованием различных концентраций стимуляторов корнеобразования // Современные тенденции развития аграрного комплекса. 2016. С. 839-844.
- Вьюгин С.М., Вьюгина Г.В. Использование синтетических аналогов растительных гормонов при зеленом черенковании декоративных кустарников // Защита и карантин растений. 2016. № 10. С. 47-48.
- Усенко В.И., Цымбалюк М.А. Эффективность обработки маточных растений и зеленых черенков стимуляторами роста при размножении жимолости // Достижения науки и техники АПК. 2009. № 5. С. 28-30.
- Рахматова Н.Р. Особенности ризогенеза при черенковании некоторых интродуцированных видов Ligustrum L. // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2010. № 2. С. 79-81.
- Васильева О.Ю. Онтоморфологические особенности семенных и клоновых подвоев садовых роз в условиях Сибири // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2008. № 1. С. 52-59.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)