Использование гистохимических методов для определения зимостойкости и сроков черенкования садовых роз и шиповников

Вестник ДВО РАН. 2011. № 2

УДК 582.734

О.Л.БЕРЕЗОВСКАЯ, Т.П.ОРЕХОВА

Использование гистохимических методов для определения зимостойкости и сроков черенкования садовых роз и шиповников

Гистохимическими методами определены зимостойкость и сроки черенкования 7 видов шиповников и 2 сортов садовых роз в условиях Ботанического сада г. Владивосток. Обсуждаются сезонная динамика накопления крахмала, сахаров и липидов в тканях стебля роз, влияние накопления этих соединений на зимостойкость растений. Установлено, что наилучший период черенкования садовых роз в условиях г. Владивосток - это фаза массового отцветания растений, когда происходит накопление в проводящих тканях побегов роз равного количества сахаров и крахмала. В конце октября рекомендовано проводить прищипку молодых побегов плетистых и высокорослых роз для повышения их морозоустойчивости.

Ключевые слова: роза, шиповник, сахара, липиды, крахмал, черенкование, зимостойкость.

Determination of winter resistance and period of graftage of wild and garden roses by histochemical methods.

O.L.BEREZOVSKAYA (Botanical Garden-Institute, FEB RAS, Vladivostok), T.P.OREKHOVA (Institute of Biology and Soil Science, FEB RAS, Vladivostok).

Determination of winter resistance and period of graftage of 7 species of wild roses and 2 sorts of garden roses by histochemical methods was investigated in Vladivostok Botanical Garden. Seasonal dynamics of the starch, sugars and lipids accumulation in the rose stem tissue and influence of accumulation of those substances on the plants' winter resistance were under discussion in this paper. The best time for the rose graftage becomes, when blossom fading comes and the equal quantity of sugar and starch accumulate in the shoots' conductive tissues.

In the end of October top removal is recommended for the young shoots and tall roses for its best frost-resistance.

Key words: garden rose, wild rose, sugars, lipids, starch, graftage, winter resistance.

Работы по интродукции дикорастущих и сортовых роз в Ботаническом саду г. Владивосток начались в 1957 г., и уже спустя 10 лет здесь выращивали в открытом грунте свыше 100 сортовых образцов. В настоящее время коллекция роз в Ботаническом саду-институте ДВО РАН представлена 17 садовыми группами, в которые входят 240 сортов садовых роз и 11 видов шиповников.

Зимостойкость роз характеризуется совокупностью физиолого-биохимических процессов, протекающих в тканях при экстремальных, стрессовых ситуациях, например при резких колебаниях температуры среды [5, 9, 10]. Как известно, морозоустойчивостью обладают только ткани побегов, прекратившие свой рост, растущие же подвергаются сильным повреждениям. Таким образом, зимостойкость растений зависит главным образом от степени одревеснения побегов к моменту наступления морозов и изменений в обмене веществ, происходящих в тканях растения при его подготовке к зиме [13].

Для успешного развития розоводства в регионе необходимы сорта, устойчивые в условиях влажного климата Приморья, но и способные успешно переносить заморозки осенью и весной. Необходимость изучения морозоустойчивости шиповников связана с их применением в качестве подвоя и при селекционных экспериментах.

БЕРЕЗОВСКАЯ Ольга Любомировна - старший научный сотрудник (Ботанический сад-институт ДВО РАН, Владивосток), *ОРЕХОВА Татьяна Павловна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник (Биолого-почвенный институт ДВО РАН, Владивосток). *E-mail: orekhova@ibss.dvo.ru

В отличие от длительных биохимических анализов, с помощью гистохимических тестов можно быстро установить локализацию основных биохимических соединений (сахаров, крахмала и липидов) в различных тканях стебля розы. Полученные результаты позволяют судить о степени подготовки растений к зиме и их морозоустойчивости.

Цель исследований - определить степень морозоустойчивости l видов шиповников и 2 сортов садовых роз с помощью гистохимических экспресс-методов анализа тканей их побегов, а также выявить наиболее благоприятные сроки для черенкования роз.

В задачи исследований входило:

1. Провести гистохимическими методами наблюдения за сезонной динамикой накопления сахаров, крахмала и липидов в тканях побегов роз и шиповников;

2. Установить благоприятные сроки для успешного черенкования садовых роз на основе результатов экспериментов в различные фенофазы развития растений, а также с учетом гистохимических данных о содержании в тканях побегов сахаров и крахмала;

3. Проанализировать сезонную динамику основных запасных соединений в тканях побега у роз в зимний период и показатели морозоустойчивости растений с целью определения их зимостойкости.

Материал и методы

Зимостойкость устанавливали у местных (Rosa rugosa Thunb., R. maximowic-ziana Regel., R. davurica Pall., R. acicularis L.) и интродуцированных (R. glauca Porr., R. spi-nosissima L., три формы R. canina L.) видов шиповников, а также у садовых роз Helga и Dame de Coeur - гибридах от сорта Wartburg.

Анализ биохимических соединений в тканях побегов изучали в течение вегетационных периодов 1999-2003 гг. Определение зимостойкости проводили в динамике (от осени к весне) на фоне естественного осенне-зимнего понижения температуры воздуха [3, 4, l, 9].

Образцы для гистохимических анализов отбирали из средней и верхней части однолетних побегов в течение года через каждые 10 дней. Зимой анализировали неукрытые побеги. Количество основных биохимических соединений изучали в следующих тканях побега: первичная и вторичная кора, флоэма, камбий и ксилема [1].

Срезы побега получали с помощью опасной бритвы в 5-l повторностях. Наличие крахмала, сахаров и жиров в тканях устанавливали путем окрашивания срезов по гистохимическим методикам М.Н.Прозиной, УДженсен и Г.Г.Фурст [5, 8, 12]. Оценку количества этих соединений вели по интенсивности окрашивания (от 1 до 5 баллов) согласно шкалам, разработанным М.В.Бессчетновой [3]. Баллы содержания веществ во всех тканях исследуемого побега суммировали, здесь приведены среднеарифметические показатели за годы наблюдений.

Черенкование роз проводили по общепринятым в розоводстве методикам, при этом учитывали фенологические фазы развития растений [4, 6]

Фотографирование срезов проводили при помощи фотоаппарата «Nicon Cooplex 880» и микроскопа марки «Ломо Микромед-2» при 10-кратном увеличении.

Результаты и обсуждение

Хорошо известны два максимума накопления крахмала - основного резервного полисахарида - в тканях деревянистых растений [3, 9]. Первый максимум наблюдается в начале вегетации растений, второй - в конце всех ростовых процессов, поскольку крахмал является важным регулятором не только углеводного обмена, но и метаболизма растений в целом. Длительные гистохимические наблюдения за содержанием запасных веществ в

побегах шиповников и роз позволили нам установить следующие закономерности в их накоплении.

Зимой (декабрь, январь) количество крахмала уменьшается у всех изученных растений до минимума (3-7 баллов), а с приближением весны (март-апрель) повышается до 10-14 баллов (рис. 1).

Почему растениям необходим крахмал перед самой вегетацией, связанной с интенсивным расходованием сахаров? Полагают, что превращение сахара в крахмал в меристемах связано, вероятно, со следующими факторами: 1) необходимость зафиксировать запасы углеводов в определенных частях растения, в которых проявляется интенсивная физиологическая деятельность; 2) устранение неблагоприятного для роста повышенного осмотического давления клеточного сока, которое могло бы возникнуть при больших количествах сахара; 3) возможность быстрого получения сахаров (при гидролизе крахмала) в нужный момент и в необходимых количествах.

При гистохимических наблюдениях обнаружена резко выраженная разница в содержании крахмала в средней и верхней частях побега. В средней части он присутствовал почти во всех тканях, в верхней либо отсутствовал, либо встречались только единичные крахмальные зерна. В июле и августе в фенофазу «массовое отцветание» роз количество крахмала увеличивалось. К концу лета и осенью количество крахмала в тканях продолжало возрастать, максимальное содержание отмечено в октябре - от 15 баллов у розы Dame de Coeur до 25 баллов у R. canina (рис. 1). Поздней осенью у менее зимостойких роз в сердцевинных лучах крахмальными зернами наполнены все клетки вплоть до камбия, у зимостойких растений, например у розы сорта Helga, в сердцевине побега крахмальных зерен гораздо меньше.

На рис. 2 показано изменение содержания крахмала в тканях побегов зимостойкого вида R. rugosa. Можно видеть, что зимой крахмал в тканях содержится в незначительных количествах, весной же его содержание возрастает.

Таким образом, в тканях побегов зимостойких роз содержание крахмала невысокое перед цветением, увеличивается в фенофазу «массовое отцветание», в середине лета и осенью крахмал накапливается, в декабре и январе его количество снижается до минимума.

Существует отрицательная корреляция между содержанием крахмала в побегах роз и шиповников поздней осенью и их зимостойкостью. Считают, чем больше крахмала накапливает растение, тем меньше его зимостойкость [2, 4]. У малозимостойких роз количество крахмала в побегах поздней осенью увеличивается.

Сравнивая действие укороченного фотопериода с влиянием низких температур, физиологи растений пришли к выводу, что сокращение фотопериода сильнее влияет на устойчивость растений к холоду, тогда как низкая температура инициирует синтез рафинозы [10, 16]. Короткий день осенью влияет на содержание крахмала, замедляя его гидролиз в хло-ропластах при низкой температуре. Накопление же сахаров при понижающихся температурах является следствием того, что распад крахмала - экзотермический процесс [9]. Исследованиями ряда авторов показано также, что сахара повышают устойчивость растений к низким температурам. Это происходит двумя путями: осмотическим и метаболическим. В первом случае уменьшается образование льда, что помогает тканям избежать обезвоживания клеток, во втором - в тканях растений образуются неизвестные пока соединения, повышающие их устойчивость [11, 14-16]. Накопление низкомолекулярных углеводов, а именно моносахаров, в тканях считают индикационным признаком низкотемпературного стресса. Зимой в тканях исследуемых нами растений вследствие гидролиза крахмала накапливалось большое количество моносахаров (рис. 3). На рис. 4 четко видны различия в накоплении сахаров у зимостойкого вида R. maximowicziana и менее зимостойкого шиповника R. canina.

Содержание сахаров в побегах роз изменялось в течение вегетации растений. Установлено также, что максимум содержания сахаров в побегах роз за годы наблюдений

О -I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

V VI VII VUi !X X XI XII t II III IV

Месяцы

Рис. 1. Динамика содержания крахмала в побегах роз и шиповников: 1 - Rosa acicularis, 2 - R. maximowicziana, 3 - R. rugosa, 4 - R. davurica, 5 - R. glauca, 6 - R. spinosissima, 7 - R. canina, 8 - Helga, 9 - Dame de Coeur

Рис. 2. Локализация крахмала в средней части стебля Rosa rugosa в III декаде ноября 2002 г.

приходился на декабрь-январь. У отдельных видов шиповников, например у морозостойких R. rugosa и R. Maximowicziana, количество сахаров достигало 20 баллов.

Содержание сахара в тканях возрастает перед цветением, поскольку для обеспечения этого важного для растения процесса необходимо большое количество питательных веществ. В июне-августе сахар содержится в лубяных волокнах, перимедулярной зоне и ксилеме. В сентябре его содержание уменьшается, а с приближением зимы (в октябре и ноябре) вновь возрастает. Зимой у большинства роз содержание сахара повышено, он содержится в лубяных волокнах и в ксилеме, непосредственно прилегающей к камбию.

Минимальное количество сахаров в тканях обнаружено в апреле, так как в тканях растений перед началом вегетации происходит синтез крахмала (рис. 3).

При гистохимических тестах роз выявлены сезонные изменения в содержании жиров в тканях. В начале вегетации (апрель, май) оно быстро уменьшается в коре и флоэме побегов, это проявляется на срезах в виде слабого окрашивания (1-2 балла). Перед цветением (конец июня) жиры появляются во флоэме, первичной коре и камбии, количество

Рис. 3. Динамика содержания Сахаров в побегах роз и шиповников. 1 - Rosa acicularis, 2 - R. maximowicziana, 3 - R. rugosa, 4 - R. davurica, 5 - R. glauca, 6 - R. spinosissima, 7 - R. canina, 8 - Helga, 9 - Dame de Coeur

Рис. 4. Локализация сахара в средней части побега Rosa maximowicziana (а) и R. canina (б) в III декаде ноября 2003 г.

липидов достигает 18 баллов (рис. 5). В августе и сентябре у большинства зимостойких роз жира в тканях становится меньше - вероятно, это связано с наступлением периода формирования плодов у растений. У малозимостойких роз (например, сорт Dame de Coeur) липидов в побегах обнаружено значительно меньше - в декабре только 10 баллов, а у зимостойких шиповников R. rugosa и R. maximowicziana содержание жира достигало максимума - 25 баллов.

В октябре и ноябре с понижением температур содержание жира в тканях побегов резко увеличивается. Поздней осенью по нему можно судить об устойчивости роз. У зимостойких видов этого запасного вещества больше, чем у малозимостойких, а сумма баллов содержания жира во всех тканях колеблется в пределах 14-22, у малозимостойких - в пределах 8-10 баллов [2]. Максимальное количество липидов в тканях отмечено нами в ноябре-январе; с приближением весны оно уменьшается (рис. 6). Следует отметить так-

Рис. 5. Динамика содержания липидов в побегах роз и шиповников. 1 - Rosa acicularis, 2 - R. maximowicziana, 3 - R. rugosa, 4 - R. davurica, 5 - R. glauca, 6 - R. spinosissima, 7 - R. canina, 8 - Helga, 9 - Dame de Coeur

Рис. 6. Локализация липидов в средней части побега Rosa glauca в III декаде ноября 2001 г.

же, что весеннее понижение количества сахара и жира в побегах роз происходит на фоне резкого увеличения содержания крахмала (рис. 1, 3, 5).

Гистохимические исследования показали, что когда количество сахаров и крахмала в тканях становится почти равным, наступает оптимальный период для черенкования роз. Это время можно определить визуально как наступление фенофазы «начало массового отцветания».

Следует отметить также, что максимальная устойчивость к морозу обнаруживается при закалке взрослых растений при температуре -3...-5°С в течение 7 сут. В Приморье температурный и водный режим октября идеально подходит для закалки роз. Первая декада октября протекает с высокими дневными температурами (15-23°С) и прохладными ночными (+6...-10°С). Во второй декаде в ночные часы отмечены легкие заморозки на

почве, но дневные температуры по-прежнему оставались достаточно высокими. В третьей декаде чаще повторялись заморозки на почве (-3.. .-6°С), но розы легко переносили такой температурный режим и продолжали цвести. В обычные годы они могут цвести до конца первой декады ноября. А в 2004 г. цветение роз в Ботаническом саду-институте ДВО РАН продолжалось до 29 ноября.

Осенью при резком понижении температуры воздуха садовые розы могут повреждаться. Так, в 1998 г. 25 октября температура воздуха составляла 18-20°С, а в начале второй декады ноября резко (в течение 48 ч) понизилась от +7 до -7°С, что явилось причиной массовой гибели роз у садоводов-любителей Приморья. В наиболее экстремальный период наблюдения (2000-2001 гг.) температура воздуха в I декаде октября резко упала до -10...-12°С, и нами было отмечено сильное повреждение растений незимостойких сортов.

В конце сентября необходимо проводить прищипку однолетних побегов высокорослых и плетистых роз. Этот агротехнический прием останавливает рост растений в высоту, ускоряет вызревание и одревеснение побегов, способствует накоплению основных запасных соединений, что повышает морозоустойчивость растений.

Выводы

Проведенные нами пятилетние наблюдения позволили получить следующие результаты.

По показателям зимостойкости виды шиповников расположились в следующем порядке: Rosa maximowicziana Regel, R. rugosa Thunb., R. davurica Hall., R. acicularis L., R. glauca Porr., R. spinosissima L., R. canina L. (три формы).

Показано, что плетистые розы более зимостойки и хорошо переносят отрицательные температуры при легком укрытии. Рекомендовано на плетистых и высокорослых розах в конце сентября проводить прищипку однолетних побегов, которая способствует повышению их мозоустойчивости.

Зимой (декабрь, январь) количество крахмала в тканях растений уменьшается до минимума, а с приближением весны (в марте) повышается на фоне понижения общего количества сахаров. Весной происходит естественное понижение устойчивости растений к низким температурам, поэтому при освобождении роз от зимнего укрытия необходимо осуществлять их закалку, т.е проводить снятие укрывного материала постепенно [3].

Время, когда количество сахаров и крахмала в тканях становится почти равным, - оптимальный срок для черенкования роз. Его легко установить визуально - наступает фено-фаза «начало массового отцветания».

Селекция роз на Дальнем Востоке России возможна с привлечением местных морозоустойчивых видов шиповников.

Экспериментально установлена возможность селекции новых местных сортов в условиях муссонного климата юга Приморского края. Решением органов Госсортоиспытания РФ в 2007 г. присвоен селекционный номер гибридному сеянцу Helga. Этот сорт характеризуется высокой морозоустойчивостью, растение хорошо зимует без укрытия. При температуре -25°С его зимостойкость составляет 5 баллов. Полагаем, что данный сорт, обладающий высокими декоративными качествами, очень перспективен для использования при озеленении городов юга Дальнего Востока.

ЛИТЕРАТУРА

1. Барыкина Р.П., Кострикова Л.Н., Кочемарова И.П. Практикум по анатомии растений. М.: Высш. шк., 1979. 224 с.

2. Березовская О.Л. Зимнее укрытие роз в Приморье // Цветоводство. 2005. № 6. С. 22-23.

3. Бессчетнова М.В. Сезонная динамика запасных веществ в побегах роз разной зимостойкости // Вестн. сельскохоз. науки Казахстана. 1973. № 3. С. 91-95.

4. Васильева О.Ю. Интродукция роз в Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1999. 184 с.

5. Дженсен У. Ботаническая гистохимия. М.: Наука, 1965. 377 с.

6. Иванова З.Я., Машанов В.И. Методические рекомендации по зеленому черенкованию розы эфирномасличной. Ялта: Никит. гос. ботан. сад ВАСХНИЛ, 1985. 22 с.

7. Иванченко М.Г., Фисенко Л.И., Мигин К.В. Динамика зимних повреждений и превращение углеводов у сортов яблони различного географического происхождения // Экол. физиология зимостойкости древесных растений на Дальнем Востоке. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1977. С. 43-59.

8. Прозина М.Н. Ботаническая микротехника. М.: Высш. шк., 1960. 206 с.

9. Сергеева К.А. Физиологические и биохимические основы зимостойкости древесных растений. М.: Наука, 1971. 126 с.

10. Судачкова Н.Е., Шеин И.В., Романова Л.И. и др. Биохимические индикаторы стрессового состояния древесных растений. Новосибирск: Наука, 1997. 176 с.

11. Трунова Т.И. Сахара как один из факторов, повышающих морозостойкость растений // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1983. Т. 2. С. 564-678.

12. Фурст Г.Г. Методы анатомо-гистохимического исследования растительных тканей. М.: Наука, 1979.

13. Яблонский Е.А. Методические рекомендации по оценке зимостойкости косточковых и орехоплодных культур. Ялта: Никит. гос. ботан. сад ВАСХНИЛ, 1984. 25 с.

14. Dover C., Ziegler P., Kandier O. Kalteresistenz der Fichte. I. Steuerung von Kalteresistenz, Kolenhydrat und Proteinstoffwechsel durch Protoperiode und Temperatur // Ber. Dtsch. Bot. Ges. 1979. Bd 92, N 1. S. 225-241.

15. Levitt J. Responses of plants to environmental stresses. N.Y.; L.: Acad. Press, 1980. 497 p.

16. Sauter J.J. Temperature-induced changes in starch and sugars in the stem Populus canadensis «Robusta» // Plant Physiol. 1988. Vol. 132, N 5. P. 608-612.

Новые книги

Тетеря О.Л. Культура азалий в оранжерее Ботанического сада-института ДВО РАН: биология, интродукция, агротехника.

Владивосток: БСИ ДВО РАН, 2010. - 132 с. - ISBN 978-5-8044-1161-0.

Ботанический сад-институт ДВО РАН

690024, Владивосток, ул. Маковского, 142

Fax: (4232) 38-80-41. E-mail: bgi@eastnet.febras.ru

Обобщены результаты многолетних наблюдений и исследований автора по интродукции азалии индийской. Приведены сведения по истории культуры и происхождению тепличных сортов азалий, описаны биологические особенности сортов. Читатель узнает об агротехнических приемах, вегетативном размножении, требованиях к субстрату, теплу, влаге, свету и питанию. Даны рекомендации по использованию азалии в озеленении и содержанию ее в комнатной культуре. Приведено краткое описание перспективных сортов и меры борьбы с вредителями и болезнями.

Книга предназначена для биологов, специалистов-цветоводов, озеленителей, садоводов-любителей и широкого круга читателей.

155 с.