Биология прорастания и криохранение семян некоторых пищевых и лекарственных видов растений Дальнего Востока России

J

УДК 581.142:633.88

Н.М. Воронкова, А.Б. Холина

БИОЛОГИЯ ПРОРАСТАНИЯ И КРИОХРАНЕНИЕ СЕМЯН НЕКОТОРЫХ ПИЩЕВЫХ И ЛЕКАРСТВЕННЫХ

ВИДОВ РАСТЕНИЙ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ

Изучены морфология и морфометрические признаки семян (длина, ширина), режимы прорастания и ответная реакция семян на замораживание в жидком азоте для семи видов пищевых и лекарственных растений Дальнего Востока России. Анализ жизнеспособности семян, оцененный по лабораторной всхожести, показал, что глубокое замораживание не приводит к их гибели. Установлено, что реакция семян на криохранение была видоспецифичной. Для всех изученных видов замораживание не повлияло на жизнеспособность семян по сравнению с контролем, за исключением Hylotelephium tiiphyllum. Всхожесть его семян в контроле была около 85%, после криоконсервации достигла 100%. Полученные результаты необходимы при создании банка генетических ресурсов растений.

Ключевые слова: лекарственные растения, пищевые дикорастущие растения, морфология семян, прорастание семян, криохранение.

N.M. Voronkova, A.B. Kholina

GERMINATION BIOLOGY AND CRYOSTORAGE OF SEEDS OF SOME FOOD AND MEDICINAL PLANT

SPECIES IN RUSSIAN FAR EAST

Seed morphology and morphometric parameters (length, width), germination conditions and response of seeds to deep freezing in liquid nitrogen (LN) in 7 food and medicinal plant species of Russian Far East have been studied. The analysis of seed viability estimated from their laboratory germination showed that deep freezing does not cause seed mortality. The response of the seeds to the LN storage has been shown to be species-specific. The freezing did not affect the seed viability as compared with control in the species studied excepting Hylotelephium triphyllum seeds. The germination of these seeds in the control was about 85%, and increased to 100% after cryo-preservation. The results are necessary when creating a bank of plant gene resources.

Key words: medicinal plants, food wild plants, seed morphology, seed germination, cryostorage.

Введение. Дикорастущая флора Дальнего Востока России богата лекарственными и пищевыми растениями. Многочисленные публикации по их исследованию посвящены фармакоботаническому аспекту (Брехман, Куренцова, 1961; Фруентов, 1974; Шретер, 1975; Журавлев и др., 2004; Годовых и др., 2005 и др.). Для многих видов их природные запасы ограничены. Для некоторых видов многолетнее их использование привело к резкому сокращению ресурсов. Изменение ландшафтов, как природное, так и антропогенное, а также возросшее использование лекарственных растений в медицине наносят значительный ущерб природным популяциям растений. Частично решение вопроса осуществляется путем введения дикорастущих полезных растений в культуру. Реже используется реинтродукция - возвращение видов, которым необходимо восстановление численности, в природу. Основным средством размножения являются семена. Поэтому становятся актуальными работы по разработке способов долговременного хранения исходного материала для размножения семян. Одним из способов сохранения генетических растительных ресурсов является долговременное хранение семян в генных банках (Тихонова, 1985). Ориентация на общепринятый режим хранения семян (4-5°С) не является правильной, так как низкие положительные температуры замедляют потерю жизнеспособности, но не обеспечивают долговременного хранения. Все больше данных указывает на то, что наиболее надежным, простым и экологически чистым методом является замораживание семян в жидком

азоте при температуре минус 196°С (криоконсервация). Однако для получения положительных результатов необходимо выяснить реакцию отдельных видов на глубокое замораживание. Прежде всего, необходима проверка качества собранных семян. Жизнеспособность семян перед криоконсервацией, а также во время хранения обычно оценивают по лабораторной всхожести. Прорастание семян дикорастущей флоры, в отличие от культурной, часто затруднено из-за наличия глубокого покоя. Кроме того, всхожесть может сильно варьировать даже у близких видов и разных популяций одного и того же вида. Поэтому в генных банках желательно присутствие наиболее полного представительства вида из различных частей ареала. В результате каждая партия семян для долговременного криохранения должна сопровождаться оценочными результатами и, прежде всего, описанием местообитания, морфометрических характеристик и всхожести семян. В связи с этим предлагают проект научно-технической документации (паспорта) образцов семян, предназначенных для длительного хранения (Тихонова, 1992).

Цель. В данной работе представлены результаты исследований влияния глубокого замораживания на жизнеспособность семян дикорастущей флоры Дальнего Востока России, используемых как пищевые и лекарственные растения. Изучены и представлены их морфологические и морфометрические характеристики, режимы проращивания семян для контроля всхожести во время криохранения.

Объекты и методы исследований. В опытах использованы 7 видов растений:

Гравилат крупнолистный Geum macrophyllum Willd., сем. Rosaceae (Розовые) - многолетнее растение до 75 см высоты, обитающее в лесах, на берегах рек и ручьев, на лугах. Материал собран в Усть-Большерецком район Западной Камчатки, в предгорьях срединного Камчатского хребта (пояс каменноберез-ников), в пойменном лесу на берегу реки Пуконки. Лекарственное. Используется в качестве вяжущего средства (Шретер, 1975).

Рубус приземистый, морошка Rubus chamaemorus L., сем. Rosaceae (Розовые) - многолетнее растение 10-30 см высоты, обитающее в заболоченных лесах, зарослях кедрового стланика, моховых болотах и тундрах. Плоды собраны на западном побережье Сахалина, севернее залива Помрь. Пищевое, лекарственное. Ягоды используют как потогонное и мочегонное средство. Обладают противоцинготным действием, полезны при гастрите. Листья применяют как вяжущее, ранозаживляющее и противовоспалительное средство (Шретер, 1975).

Патриния сибирская Patrinia sibirica (L.) Juss., сем. Valerianaceae (Валериановые) - многолетнее растение до 30 см высоты, обитающее в лесном и гольцовом горных поясах. Плоды собраны на п-ове Шмидта

о. Сахалина, в бассейне р. Большая Лонгри, на склоне горы. Лекарственное. В тибетской медицине траву применяют при туберкулезе легких, гастроэнтеритах, малярии и лихорадочных заболеваниях. Корневища обладают седативным действием (Шретер, 1975).

Патриния скабиозолистная Patrinia scabiosifolia Fisch. ex Link, сем. Valerianaceae (Валериановые) -многолетнее растение до 1 (1,5) м высоты, обитающее на лесных опушках и полянах, в зарослях кустарников, на сухих склонах и лугах. Плоды собраны в южном Приморье, на п-ове Гамова. Лекарственное. Обладает седативным и адаптогенным действием (Зорикова, Хасина, 2005).

Смородина печальная Ribes triste Pall., сем. Grossulariaceae (Крыжовниковые) - кустарник до 70 см высоты. Плоды собраны в Быстринском р-не центральной Камчатки, в 7 км южнее пос. Эссо на каменистых склонах у обширных скалистых обнажений по левой стороне долины р. Быстрой. Пищевое (Харкевич, 1988).

Очитник трехлистный, или пурпурный, Hylotelephium triphyllum (Haw.) Holub (Очиток заячья капуста Sedum telephium L.), сем. Crassulaceae (Толстянковые) - многолетнее растение до 30 (60) см высоты, обитающее на лесных полянах, заливных лугах, скалистых и каменистых склонах. Семена собраны в Быстринском районе Центральной Камчатки на склонах перевала Гаргачан (пояс белоберезовых лесов). Лекарственное. Sedum telephium обладает тонизирующим, общеукрепляющим, ранозаживляющим и противовоспалительным свойствами (Махлаюк, 1967), используется в качестве сырья для получения препарата группы биостимуляторов «Биосед» (Гнедков и др., 1974, цит. по Цоколаевой, 1976).

Красника, клоповка, Vaccinium praestans Lamb., сем. Ericaceae (Вересковые) - маленький полукустарничек, кустарничек или стланичек до 10 см высоты, обитающий в темнохвойных лесах, вырубках, гарях, в субальпийских зарослях кустарников. Ягоды собраны в юго-восточной части о. Монерон (Сахалинская обл.). Пищевое (Растительные ресурсы..., 1986).

Морфологическое описание семян проведено согласно рекомендациям З.Т. Артюшенко (1990). Мор-фометрия семян проведена общепринятыми методами измерения 25 семян и взвешивания 3 проб по 100 семян.

Глубокое замораживание проводили путем прямого погружения семян, завернутых в алюминиевую фольгу, в жидкий азот с последующим 2-часовым размораживанием при комнатной температуре и высадкой в чашки Петри одновременно с контрольными семенами.

Каждый опыт проводили в трех повторностях. Определен процент проросших семян. Разница между контролем и опытом оценена по коэффициенту Стьюдента (1). При п = 3 разница достоверна на 95%-м уровне при 1 > 2,78.

Результаты исследований и их обсуждение. В таблице 1 представлены морфометрические параметры семян и описание семенной кожуры (или односемянных плодов, которые в дальнейшем для удобства, как посевная единица, будут именоваться семенами). Семена исследуемых растений прорастали на свету, но требовали различных температурных режимов. Для ряда видов необходима стратификация. Ниже приводятся наиболее оптимальные режимы, соответствующие наибольшей величине процента получения проросших семян. При последовательной смене температур (22-26°С, 41 день) - (2°С, 183 дня) - (22-26°С, 16 дней) проросло 89% семян ввит тэсгорЬуНит, причем частичное прорастание отмечено при всех температурах. Семена рода РэМЫэ прорастали без стратификации. При температуре 20-25°С за два месяца проросло 85% семян Р. $Шсэ и 34% семян Р. зоэЫовЮНэ. Для последнего вида в литературе указан срок прорастания 7-10 дней и всхожесть не выше 25-30% (Ткаченко, 1998). В работе некоторых авторов приведен более высокий процент прорастания в условиях лаборатории (75-80%), но без указания температуры и срока проращивания (Зорикова, Хасина, 2005). В температурном режиме 2-7°С - 124 дня, затем при 17-25°С -157 дней проросло 51% семян МЬвв в. После стратификации семян в условиях температуры 0-6°С в течение 144 дней, затем при 25°С - 46 дней, проросло 45% семян ЯиЬив оЬэтэвтогив. Семена ИуЫвврЫит МрЬуНит прорастали без стратификации. В лабораторных условиях при температуре 21 -23°С за 133 дня проросло 85% семян. В температурном режиме 2°С - 68 дней, затем в лабораторных условиях при 20-25°С

- 15 дней, семена Vэccinium prэвstэns прорастали практически полностью.

Таблица 1

Характеристика семян и их морфометрические параметры

Вид Длина семян, мм* Ширина семян, мм* Масса 1000 семян, г Морфологическая характеристика семян или односемянных плодов

ввит тасго-рЬуНит 00 ^ о од о~ ^ +1 1 С\І О СО со ^ 1,1±0,03 (0,9-1,3) 1,21±0,07 Орешки удлиненно обратнояйцевидной формы, опушенные редкими белыми волосками, коричневые, с отогнутым в сторону крючковатым носиком

Раїгіпіа віЬігіса 5,62+0,09 (4,7-6,5) 5,28±0,08 (4,5-6,2) 3,72±0,005 Семянки гранистые, с крыловидными прицветничками, от светло- до темнокоричневых, морщинисто-бугорчатые, с ярко выраженным жилкованием на крыловидных прицветничках, жилки более темного цвета

Раїгіпіа всаЬі-овіЬііа 2,55±0,04 (2,1-2,9) 1,53±0,04 (1,3-1,9) 0,73±0,02 Семянки гранистые, без крыловидных прицветничков (в отличие от предыдущего вида), коричневые, иногда с пятнами более темного цвета

ЯіЬвв Мвїв 2,46±0,04 (2,1-2,8) 1,89±0,03 (1,6-2,2) 4,00±0,01 Семена округло-овальные, красноватокоричневые, голые, морщинистые

ЯиЬив сЬіатав-тогив 6 ) ,0 ,2 о~ ^ +1 1 со со ^ со~ со ^ 2,14±0,03 (2,0-2,4) 6,13±0,03 Косточки почковидные или полупочко-видные, с одного конца слегка суженые, голые, желтовато-кремовые, поверхность жилковатая

ИуЫвврЫит їгірЬуііит 1,17±0,03 (0,95-1,4) 0,36±0,01 (0,3-0,4) 0,05±0,003 Семена удлиненной формы, коричневые, голые, морщинистые

Vaccinium ргаввіапв 1,08±0,02 (0,9-1,3) ,01 ,7) 75 ,5 0, 0( 0,2±0,002 Семена неравнобокие, красноватокоричневые, голые, продольнобороздчатые

* в скобках: тіп-тах.

Данные о влиянии хранения семян в жидком азоте представлены в таблице 2.

Таблица 2

Влияние глубокого замораживания (минус 196°С) на всхожесть семян

Вид Контроль,% Глубокое замораживание, % t

Geum macrophyIIum 89 ±5 95 ±4 1,3

Patrinia sibirica 85 ±4 83 ±2 0,35

Patrinia scabiosifoIia З4 ± 5 21 ± 2 2,39

Ribes triste 51 ± 2 60 ± 7 1,11

Rubus chamaemorus 45 ± З З7 ± З 1,52

HyIoteIephium triphyIIum 85 ± 2 100 6,1*

Vaccinium praestans 98 ± 0 98 ± 2 0,5

* разница достоверна.

Разница во всхожести семян между контрольными и опытными растениями достоверна только для HyIoteIephium triphyIIum. После глубокого замораживания семена этого вида прорастали полностью. В литературе стимуляция прорастания семян после криоконсервации отмечалась как для отдельных видов, так и для разных популяций одного и того же вида, обсуждалась неоднократно. Наиболее вероятным механизмом считают активацию ферментного комплекса после криоконсервации (Стрибуль, 199З; Тихонова и др., 1997). После криохранения обнаружено снижение всхожести семян Patrinia scabiosifoIia, однако разница, согласно коэффициенту Стьюдента, недостоверна. В любом случае снижение всхожести семян конкретных видов из одного местообитания нельзя считать окончательным результатом. Ранее было показано, что степень толерантности семян дикорастущей дальневосточной флоры зависит не только от видовой специфичности, но и от межпопуляционной изменчивости (Воронкова, Холина, 2008), поэтому при криохранении следует учитывать не только видоспецифичность, но и богатство генофонда отдельных видов.

Заключение. Таким образом, глубокое замораживание семян исследуемых видов в жидком азоте не оказало отрицательного действия на их жизнеспособность. Согласно полученным результатам, опытные семена не отличались по всхожести от контрольных, а у семян HyIoteIephium triphyIIum всхожесть семян была существенно выше, чем в контроле. Полученные данные вносят вклад в накопление массового экспериментального материала по изучению ответной реакции семян на криоконсервацию их в жидком азоте и могут быть использованы при создании низкотемпературного банка семян.

Литература

1. Артюшенко З.Т. Атлас по описательной морфологии высших растений: Семя. - Л., 1990. - 204 с.

2. Брехман И.И., Куренцова Г.Э. Лекарственные растения Приморского края. - Владивосток: Приморское кн. изд-во, 1961. - 95 с.

3. Воронкова Н.М., Холина А.Б. Хранение семян: популяционная изменчивость ответной реакции семян на глубокое замораживание II Вестн. КрасГАУ. - Красноярск, 2008. - Вып. З. - С. 125-130.

4. Годовых Т.В., Дохнова Л.И., Тынены Т.И. Растения в этномедицине Чукотки. - Магадан: ЧФ СВКНИИ ДВО РАН, 2005. - 217 с.

5. Лекарственные растения Курильских островов I Ю.Н. Журавлев, Н.М. Воронкова, В.Ю. Баркалов [и др.]. - Владивосток: Дальнаука, 2004. - З06 с.

6. Зорикова О.Г., Хасина Э.И. Патриния скабиозолистная. - Владивосток: Дальнаука, 2005. - 111 с.

7. Махлаюк В.П. Лекарственные растения в народной медицине. - Изд.2-е. - Саратов: Приволж. кн. изд-

во, 1967. - 560 с.

8. Растительные ресурсы СССР. - Л.: Наука, 1986. - ЗЗ6 с.

9. Стрибуль Г.Ф. Действие низких температур на интенсивность начального роста и продуктивные свойства семян кукурузы и овощных культур: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Харьков, 199З. - 18 с.

10. Тихонова В.Л. Консервация генетических ресурсов. Стратегия мобилизации и сохранения генофонда редких и исчезающих видов растений. - Пущино: Научный центр биол. исследований АН СССР, 1985.

- 35 с.

11. Тихонова В.Л. Ресурсы внутривидовой изменчивости дикорастущих травянистых растений, их изучение, сохранение и использование: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. - М., 1992. - 40 с.

12. Тихонова В.Л., Лысых Н.И., Фирсанова В.М. Влияние замораживания на жизнеспособность семян дикорастущих растений // Бюл. Главного ботанического сада. - М.: Наука, 1997. - Вып. 175. - С. 83-90.

13. Ткаченко К.Г. Всхожесть некоторых видов флоры Дальнего Востока // Растения в муссонном климате: мат-лы конф., посвящ. 50-летию Ботанического сада-института ДВО РАН. - Владивосток: Дальнаука, 1998. - С. 113-116.

14. Фруентов Н.К. Лекарственные растения Дальнего Востока. - Хабаровск: Кн. изд-во, 1974. - 400 с.

15. Харкевич С.С. Крыжовниковые - Grossulariaceae // Сосудистые растения советского Дальнего Востока. - Л.: Наука, 1988. - С. 115-131.

16. Цоколаева М.А. Опыт выращивания двух видов р. Sedum L. на Северном Кавказе // Раст. ресурсы. -1976. - Т. 12. - Вып. 2. - С. 224-229.

17. Шретер А.И. Лекарственная флора советского Дальнего Востока. - М.: Медицина, 1975. - 328 с.

--------♦------------

УДК 633.11: 631.524.01:632.485.2 Д.А. Кольбин, Г.В. Волкова

ВЛИЯНИЕ ВОЗДЕЛЫВАЕМЫХ СОРТОВ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ НА НАПРАВЛЕНИЕ ОТБОРА ГЕНОВ ВИРУЛЕНТНОСТИ ВОЗБУДИТЕЛЯ БУРОЙ РЖАВЧИНЫ НА ЮГЕ РОССИИ

Изучено влияние семи перспективных сортов озимой пшеницы на генетическую структуру северокавказской популяции бурой ржавчины (возбудитель Puccinia triticina Erikss.). Генотипы сортов Зерно-градка 11, Донской простор, Спартак вызывают наиболее значительные изменения внутрипопуляцион-ный структуры патогена, связанные с увеличением или снижением (до полной элиминации) частоты отдельных изолятов (R = 0,292 - 0,328). Наименьшее влияние на изменчивость генетической структуры P.triticina оказывал сорт Дон 107 (R = 0,190).

Ключевые слова: озимая пшеница, сорт, бурая ржавчина, гены вирулентности, внутрипопуляци-онная изменчивость.

D.A. Kolbin, G.V. Volkova INFLUENCE OF THE WINTER WHEAT CULTIVATED VARIETIES ON SELECTION DIRECTION OF THE BROWN RUST AGENT VIRULENCE GENE IN THE SOUTH OF RUSSIA

Influence of 7 perspective winter wheat varieties on the genetic structure of North Caucasian brown rust population (agent-Puccinia triticina Erikss.) is studied. The genotypes of Zernogradka 11, Donskoy prostor and Spartak varieties cause the most significant changes in patogen intrapopulation structures connected with increase or decrease (to complete elimination) of the separate isolate frequencies (R = 0,292 - 0,328). Don 107 variety had the least influence on P.triticina genetic constitution variability (R = 0,190).

Key words: winter wheat, variety, brown rust, virulence genes, intrapopulation variation.

Северный Кавказ является зоной широкого возделывания озимой пшеницы, в которой ежегодно высевается З500-4500 тыс. га, что обеспечивает до 20 % валового сбора зерна в России. Большой ущерб производству зерна пшеницы наносит бурая ржавчина (возбудитель Puccinia triticina Rob. ex Desm f. sp. tritici Erikss. et Henn.), вызывая потери урожая от 18,4 до 25,2 % [1]. Важнейшим фактором изменчивости структу-