Пигментация хвои сеянцев ели обыкновенной (Picea abies L. ) с закрытой корневой системой

УДК 630*232.411.5

ПИГМЕНТАЦИЯ ХВОИ СЕЯНЦЕВ ЕЛИ ОБЫКНОВЕННОЙ (Picea abies L. ) С ЗАКРЫТОЙ КОРНЕВОЙ СИСТЕМОЙ

PIGMENTATION OF NEEDLES SEEDLINGS OF NORWAY SPRUCE (Picea abies L.) WITH THE CLOSED ROOT SYSTEM

Лугинина Л.И., Бессчетнов В.П.

(Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия г.Н.Новгород,

РФ)

Lyginina L.I., Besschetnov V.P.

Рассмотрены вопросы по содержания пигментного состава хвои ели обыкновенной выращенной в различных областях по контейнерным технологиям. Значительных расхождений по пигментному составу не обнаружено. Все сеянцы развиты хорошо.

Questions on the content of the pigment composition of spruce needles grown in various areas by container technologies are considered. There were no significant discrepancies in the pigment composition. All seedlings are well developed.

Ключевые слова: сеянцы, ель обыкновенная, закрытая корневая система, хлоро-филл-а, хлорофилл-б

Key words: seedlings, a fir-tree the ordinary, closed root system, chlorophyll-a, chlorophyll-b

Цель исследования: определить содержание хлорофилла в хвое однолетних сеянцев ели обыкновенной (Picea abies L.), выращенных в различных климатических условиях с применением контейнерных технологий.

Объект исследования. Государственное Бюджетное Учреждение Нижегородской Области "Семеновский спецсемлесхоз" - современный селекционно-семеноводческий комплекс, включающий в себя весь цикл работ, связанных с заготовкой, хранением улучшенных семян и выращиванием селекционного посадочного материала, для лесокультурного производства. Вторым объектом выступал Лесной селекционно-семеноводческий центр Республики Татарстан, являющийся крупнейшим в Европе автоматизированным производством по выпуску посадочного материала с закрытой корневой системой. Он оснащен современным оборудованием компании ВСС АВ (Швеция).

Методика: для анализа и оценки пигментного состава хвои исследовались сеянцы ели обыкновенной, выращенные в течение 1 года в теплицах с контролируемыми условиями среды. По каждому производственному объекту сформировали 10 проб по 10 растений в каждой. Это количество сеянцев, обеспечило достаточную точность опыта. Исследования проводили в 2016 году полевым стационарным и лабораторными методами с привлечением общепринятых методических схем организации работ [1, 2, 3, 4, 6, 13]. Главной задачей при выполнении полевого этапа послужил сбор первичного экспериментального материала, а именно центральных побегов сеянцев ели обыкновенной. С них одновременно и равномерно заготавливалась одновозрастная однолетняя хвоя для последующего анализа. Срок заготовки - октябрь 2016

года. Каждый вариант опыта был представлен в трех повторностях. Физиологический статус растений - состояние покоя. Камеральный этап исследований выполнен в аналитической лаборатории Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии в соответствии с общепринятыми методиками определения содержания основных пигментов [8, 10, 11, 12, 17, 18, 19, 20, 21].

Каждая проба была подвергнута спектральному излучению по длинам волн соответствующим максимумам поглощения: хлорофилла-а (0665 нМ), хлорофилла-Ь (Б649 нМ) и каротинойдов (Б452 нМ).

Первичная единица выборки в данном опыте представлена экстракционной навеской, состоящей из объединенной хвои, собранной пропорционально со всех сеянцев отдельной пробы. Приготовление экстракционной навески происходило в несколько этапов. Вначале производилась нарезка хвои с заготовленных побегов в фарфоровые ступки или чашки Петри. Затем производилось взвешивание нарезанной хвои на аналитических весах с точностью до 0,001 г. Далее предварительное механическое измельчение хвои до однородной массы выполнено вручную с добавлением крошки стекла (примерно 1 г на ступку) и карбоната кальция СаСОЗ для нейтрализации клеточного сока. Содержимое ступки растирали и перемешивали до образования однородной массы ярко-зеленого цвета, после чего смыв переносили в мерную колбу объемом 25 мл, а ступку тщательно промывали и ополаскивали этанолом. В целях предотвращения разрушения хлорофилла растирание производилось в темном помещении, а полученный экстракт хвои отстаивался в темном шкафу, после чего помещался в лабораторную центрифугу для отделения собственно пигментной вытяжки.

В качестве экстрагирующего вещества был взят 96 %-й раствор этилового спирта (вода в растворителе необходима для гидролиза связей пигментов с белком). Данное решение обосновано тем, что основные пигменты, находящиеся в пластидах, очень хорошо растворяются и выделяются из пигментно-липопротеидного комплекса именно данным веществом.

Каротиноиды, являясь в основном липофильными соединениями, хорошо растворяются в растворяющих липиды соединениях (спирт, ацетон, бензин и др.). Однако ввиду того, что пигменты связаны с липопротеидами, их полное извлечение возможно лишь при использовании полярных (спирты, ацетон) растворителей. Известно, что полярные растворители вызывают денатурацию белка и, нарушая связи пигментов с липидопротеидным комплексом, обеспечивают быструю экстракцию всех пигментов, что нельзя сказать о чистых неполярных растворителях. Во внимание был принят тот факт, что при убывающей полярности растворителя обнаруживается специфическая зависимость количества хлорофилла, перешедшего в экстракт, свидетельствующая о наличии в зеленой ткани хвои, как минимум двух форм хлорофилла. Для пересчета содержания анализируемых пигментов листового аппарата на единицу сухого вещества определяли его наличие в каждой навеске хвои после высушивания до абсолютно сухого состояния в лабораторных сушильных шкафах Ш 61 А.

Статистическая обработка исходных данных осуществлялась в электронных таблицах Excel [5, 16] по общепринятым методикам [6, 7, 9, 13, 14, 15].

Результаты и их обсуждения. В полученных данных заметны как значительные так и не значительные расхождения в пробах (рисунок 1-4).

о m н

о а»

а» m

с» о

х >

О

4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000

Пробы

а

о m н

о а»

а» m

с»

о

х >

О

3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 0,500 0,000

Пробы

б

Рисунок 1 - Содержание хлорофилла-а в хвое однолетних побегов ели обыкновенной

а) образец взятый из ГБУ Нижегородской области "Семеновский спец-семлесхоз"

б) образец взятый из Лесного селекционно-семеноводческого центра Республики Татарстан

По рисунку 1, при сравнении анализа, видно, что максимум содержания хлорофилла- а наблюдается у пробы №6 (4,107 мг/г) из Нижегородской области и минимум у №2 (2,935 мг/г); а в образцах Республики Татарстан максимум №8 (3,497 мг/г), а минимум у №10 (2,536 мг/г).

о т н

о а»

а» т

с» о

х >

О

2,000 1,500 1,000 0,500 0,000

Пробы

о т н

о а»

а» т

а» о

£ о

1,600 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000

Пробы

б

Рисунок 2 - Содержание хлорофилла-Ь в хвое однолетних побегов ели обыкновенной

а) образец взятый из ГБУ Нижегородской области "Семеновский спец-семлесхоз"

б) образец взятый из Лесного селекционно-семеноводческого центра Республики Татарстан

По рисунку 2, при сравнении анализа, видно, что максимальное содержание хлорофилла - Ь наблюдается у пробы №6 (1,781 мг/г) из Нижегородской области и минимальное у №2 (1,373 мг/г); а в образцах Республики Татарстан максимальное №7 (1,572 мг/г), а минимальное у №10 (1,069 мг/г).

а

о ш н

о ф

г

ф

ш

с» о

£ о

6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000

Пробы

а

о т н

о ф

ф т

с»

о

х >

О

5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0,000

Пробы

б

Рисунок 3 - Суммарное содержание хлорофилла-а к хлорофилла- Ь в хвое однолетних побегов ели обыкновенной

а) образец взятый из ГБУ Нижегородской области "Семеновский спец-семлесхоз"

б) образец взятый из Лесного селекционно-семеноводческого центра Республики Татарстан

По рисунку 3, при сравнении анализа видно, что максимальное содержание хлорофилла - а и хлорофилла - Ь наблюдается у пробы №6 (5,888 мг/г) из Нижегородской области и минимальное у №2 (4,308 мг/г); а в образцах Республики Татарстан максимальное №8 (4,960 мг/г), а минимальное у №10 (3,604 мг/г).

о m н

о ф

Ei ф ш

с» о

X >

О

1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000

Пробы

а

0,800

o4 0,750

m

1-

О Ф a- 0,700

Ф

m

ф 0,650

о X

О 0,600

Пробы

б

Рисунок 4 - Содержание каротинойдов в хвое однолетних побегов ели обыкновенной

а) образец взятый из ГБУ Нижегородской области "Семеновский спец-семлесхоз"

б) образец взятый из Лесного селекционно-семеноводческого центра Республики Татарстан

По рисунку 4, при сравнении анализа видно, что максимальное содержание каротинойдов наблюдается у пробы №6 (4,107 мг/г) из Нижегородской области и минимальное у №2 (0,653 мг/г); а в образцах Республики Татарстан максимальное №8 (0,775 мг/г), а минимальное у №9 (0,678 мг/г).

Вывод: Данные рисунки показываю расхождение пигментного состава в листовой пластине у стандартных сеянцев, которые уже готовы для посадки на лесокультурную площадь. По анализу, технологии выращивания в двух разных регионах, посадочный материал с закрытой корневой системой существенных различий не имеет. Каждый из изучаемых питомников выращивает хорошо развитые сеянцы.

Список используемых источников

1. Бессчетнова, Н.Н. Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Селекционный потенциал плюсовых деревьев [Текст] / Н.Н. Бессчетнова. - Saarbrucken: Lap Lambert Academic Publishing GmbH & co. KG. ISBN 978-3-8443-5608-3, 2011. 402 c.

2. Бессчетнова, Н.Н. Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Морфометрия и физиология хвои плюсовых деревьев [Текст] / Н.Н. Бессчетнова, В.П. Бессчетнов. Монография. -Нижний Новгород: Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, 2014. 368 с.

3. Бессчетнова, Н.Н. Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Репродуктивный потенциал плюсовых деревьев [Текст] / Н.Н. Бессчетнова. Монография. - Нижний Новгород: Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, 2015. 586 с.

4. Бессчетнова, Н.Н. Многомерная оценка плюсовых деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) по показателям пигментного состава хвои [Текст] /Н.Н. Бессчетнова //Вестник Марийского государственного технического университета; Серия «Лес. Экология. Природопользование», № 1 (17). 2013. С. 5-14.

5. Додж, М. Эффективная работа: Excel 2002 [Текст] / М. Додж, К. Стинсон. Перевод с английского по лицензии MicrosoftPress. СПб.: Питер, 2003. 377 с.

6. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта [Текст] /В.А. Доспехов. М.: Колос, 1985.

416 с.

7. Зайцев, Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике [Текст] / Г.Н. Зайцев. М.: Наука, 1984. 424 с.

8. Ермаков, И.А. Методы биохимических исследований растений / И.А. Ермаков, В.В. Арасимович, М.И. Смирнова-Иконникова, И.К. Мурри. М.-Л.: Сельхозгиз, 1952. 520 с.

9. Лакин, Г.Ф. Биометрия: Учеб. Пособие для биологич. спец. Вузов - 3-е изд., пере-раб. и доп./ Г.Ф.Лакин. М.: Высшая школа, 1980. 293с

10. Максимов, Г.Б. Краткий курс физиологии растений / Г.Б. Максимов. М.: Сельхозгиз, 1958. 559 с.

11. Максимов, Г.Л. Методы биохимического анализа растений / Г.Л. Максимов. Л.: Изд - во ЛГУ, 1978. 192 с.

12. Маслова, Т.Г. Критическая оценка спектрофотометрического метода количественного определения каротиноидов / Т.Г. Маслова, И.А. Попова, О.Ф. Попова // Физиология растений. 1986. Т. 33. № 3. С. 615 - 619.

13. Никитин, К.Е. Методы и техника обработки лесоводственной информации [Текст] / К.Е. Никитин, А.З. Швиденко. М.: Лесная промышленность, 1978. 272 с.

14. Плохинский, Н.А. Биометрия [Текст] /Н.А. Плохинский. Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1961. 364с.

15. Плохинский, Н.А. Алгоритмы биометрии [Текст] /Н.А. Плохинский. М.: Изд-во Московского университета, 1967. 82 с.

16. Хэлворсон, М. Эффективная работа с MicrosoftOfficeXP [Текст] / М. Хэлворсон, М. Янг; Перевод с англ. СПб.: Питер-Юг, 2005. 1072 с.

17. Шлык, А.А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев / А.А. Шлык // Биологические методы в физиологи растений. М.: Наука, 1971. С. 154 -170.

18. Lichtenthaller, H.K. Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents [Access: 03.03.2012: http://scholar.googleusercontent.com/scholar?q = cache: K46Wl9musr0J: scholar. google.com/+Determinations+of+total+carotenoids+and+chlorophylls+a+and+b+ of+leaf+extracts+in+different+solvents&hl=ru&as_sdt=0,5 ] / H.K. Lichtentaller, A.R. Wellburn //Biochemical Society Transactions. - 1983. - Vol. 11. - No 6. - Pp. 591 - 592.

19. Lichtentaller, H.K. Chlorophyll a and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes / H.K. Lichtentaller // Methods in Enzymology, Volume 148: Plant Cell Membranes. 1987. Pp. 350 - 382.

20. Porra, R.G.Determination of accurate extinction coefficients and simultaneous equations for assaying chlorophylls a and b extracted with four different solvents: verification of the concentration of chlorophyll standards by atomic absorption spectroscopy [Access: 30.11.2013:

http://www.chem.ucla.edu/dept/Faculty/merchant/pdf/porra_et_al_1989.pdf] / R. G. Porra, W.A.Thomson, P.E. Kriedemann //Biochimica et Biophysica Acta. 1989. V.975. Pp. 384 - 394.

21. Wellburn, A.R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total ca-rotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution [Free access: 29.03.2012: http://www.thyssen-web.de/assets/files/fd_ documents/sp_buche/Wellburn.pdf] /A.R. Wellburn. Journal: Plant Physiology. 1994. Vol. 144. Pp. 307 - 313.