Применение метода микрофокусной рентгенографии для контроля качества плодов и семян репродуктивных диаспор

УДК 58.087

Н. Е. Староверов, А. Ю. Грязнов, К. К. Жамова, К. Г. Ткаченко, Г. А. Фирсов

Применение метода микрофокусной рентгенографии для контроля качества плодов и семян репродуктивных диаспор

Ключевые слова: микрофокусная рентгенография, интродукция растений, качество семян. Keywords: microfocus X-ray, plant introduction, quality of seeds.

Применение микрофокусной рентгенографии для анализа плодов и семян некоторых видов яблонь позволило выявить, что в новых условиях произрастания не все виды образуют плоды, которые имеют семена. Подтверждено, что с помощью микрофокусной рентгенографии можно оперативно отобрать наиболее выполненные и не пораженные вредителями семена и использовать их для последующего посева и получения большего числа всходов. Показаны перспективы метода в выявлении проблем с собираемыми семенами при проведении интродук-ционных работ.

Введение

В настоящее время все более широкое распространение в биологии получают рентгеновские методы контроля. К основным их достоинствам можно отнести простоту, надежность и большое количество информации, получаемой с помощью рентгенограмм. Среди других методов рентгенографических исследований микрофокусная рентгенография является наиболее перспективной для оценки качества семян [1]. В отличие от традиционной, микрофокусная рентгенография позволяет получать резкие изображения семян с увеличением в десятки раз, оценивать, не повреждая семян, их внутреннюю структуру и оперативно выявлять невыполненность или поражение вредителями [2].

Применение этого метода для исследования коллекций семян Ботанического сада Петра Великого БИН РАН (Санкт-Петербург) весьма перспективно, поскольку Ботанический сад распространяет семена по обмену в ботанические сады мира и другие интродукционные центры, однако всхожесть многих коллекций семян никогда не исследовалась, поэтому качество диаспор остается неизвестным и непроверенным.

Материалы и методы исследования

Материалом для исследования служили коллекционные образцы некоторых видов рода Яблоня: Malus Mill. — M. baccata (L.) Borkh., M. x x cerasifera Spach = M. prunifolia (Willd.) Borkh. x x M. baccata (L.) Borkh., M. mandshurica (Maxim.) Kom., M. orientalis Uglitzk., M. praecox (Pall.) Borkh., M. prunifolia (Will.) Borkh, M. x purpurea (Barbier et Cie) Rehder, произрастающие на территории парка-дендрария Ботанического сада.

Качество плодов и семян оценивали осенью 2014 г. по методикам [3, 4]. Рентгенографический анализ проводили на установке ПРДУ-2 (рис 1.), которая предназначена для оперативного контроля различных объектов, например для контроля качества продовольственного и фуражного зерна, семян зерновых и овощных культур, саженцев различных растений. ПРДУ-2 состоит из рентгеноза-

Рис. 1 \ Рентгеновская установка ПРДУ-02

№ Б(42)/2015 I

биотехносфера

щитной камеры, источника излучения, и пульта управления рентгеновским излучением.

Диапазон изменения анодного напряжения — 5—50 кВ, диапазон изменения анодного тока — 20—200 мкА. Основным достоинством установки ПРДУ-02 является малый размер фокусного пятна рентгеновской трубки (менее 50 мкм), который сохраняется в широком диапазоне анодных напряжений, что позволяет получать для различных объектов изображения удовлетворительного качества с увеличением до 50 раз. Как приемник излучения использовалась пластина с фотостимулируемым люминофором, способным запоминать (накапливать) часть поглощенной в нем энергии рентгеновского излучения, а далее под действием лазерного излучения испускать люминесцентное излучение, интенсивность которого пропорциональна количеству поглощенной при экспозиции энергии. Кванты видимого излучения преобразуются в электрический сигнал, формирующий цифровое изображение. Сканирование пластины выполнялось с помощью сканера БЮОКА РСТ. Полученное с помощью сканера изображение передается на компьютер, что позволяет производить последующую обработку изображения. Время от начала экспозиции до получения изображения — около 3 мин.

Обсуждение результатов исследования

Анализ опубликованных списков семян, предлагаемых для обмена Ботаническим садом Петра Великого, которые публикуются в «Перечне спор и семян, предлагаемых в обмен Ботаническим садом» за период с 1870 по 2014 г. (т. е. за последние 144 года), показал (табл. 1), что не все виды яблонь, растущие в парке-дендрарии Сада, ежегодно дают полноценные семена.

Следовательно, не каждый год семена этих видов могут быть включены в «Перечень ...» для обмена. Для оценки качества плодов и семян были сделаны серии рентгенограмм, при этом для рент-

генографии плодов выбрано анодное напряжение 26 кВ, ток 100 мкА, время экспозиции 2 с, что позволило отчетливо увидеть семенные камеры внутри плодов и наличие или отсутствие семян в камерах, а для просвечивания извлеченных из плодов семян — анодное напряжение 17 кВ, ток 70 мкА, время экспозиции 2 с, что позволило рассмотреть внутреннюю структуру семян и увидеть в семенах вредителей.

Оценка качества семян показала, что у изученных видов разное соотношение числа выполненных, щуплых и пораженных личинками (табл. 2).

Как видно из табл. 2, у двух видов из исследованных образцов очень мало выполненных семян (M. baccata и M. manshurica), и, как следствие, они не поражены личинками вредителей, хотя у M. purpurea мало выполненных семян, при этом процент поражения их вредителями значителен. Следует также выделить тот факт, что у M. orientalis мало щуплых семян, но образец семян сильно поражен личинками вредителей. Вредителей удалось рассмотреть при съемке с увеличением в 5 раз, позволившей отчетливо увидеть внутреннюю структуру семян. В образце семян M. prunifolia, несмотря на то, что мало щуплых семян, процент поражения вредителями не превышает таковой у выполненных семян. Рентгенограммы плодов и семян 5 видов из 19, выращиваемых в Ботаническом саду, собранных осенью 2014 г. представлены на рис. 2—11.

Рис. 2—5 наглядно демонстрируют, что в плодах (особенно мелкоплодных видов, например M. baccata) нет сформированных семян. Процент выполненности семян в 2014 г. у M. baccata низкий, возможно, от того, что деревья этого вида растут часто изолированно друг от друга и не всегда обеспечивается перекрестное опыление. На рис. 6 хорошо видно, что все семена щуплые (невыполненные).

На рис. 6—11 видно, что не все семяна исследованных видов яблонь хорошо развиты (выполнены). Опять-таки значительный процент щуплых или

Таблица 1 Плодоношение (по данным Index seminum) некоторых видов рода Malus Mill. в Ботаническом саду Петра Великого за период с 1870 по 2014 г.

Вид 187080 188190 18911900 190110 191120 192130 193140 194150 1951 -60 196170 197180 198190 19912000 200114

M. baccata 6 10 4 6 5 2 4 6 - - - 1 8 8

M. х cerasifera - - - - - 3 7 10 10 10 4 9 8 8

M. manshurica - - - - - 2 10 10 8 10 9 6 4 12

M. orientalis 1 - - - - - 1 2 - - - 1 8 4

M. praecox - - - - - - 1 2 2 - - - 2 5

M. prunifolia - - - - - 2 7 10 1 2 - 1 2 2

M. х purpurea - - - - - - - - - - - - - 4

M. sylvestris - - - - - - - 4 1 2 6 7 2 6

П р и м е ч а н и е. Значения показывают, сколько раз за 10-летний период данный вид был включен в «Перечни»; прочерк — отсутствие семян данного вида за указанный период.

биотехносфера

| № Б(42)/2015

Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы

т

Таблица 2

Соотношение (%) выполненных, щуплых и пораженных личинками семян у некоторых видов рода Malus Mill

Вид Процент от общего числа семян в образце

выполненных щуплых пораженных личинками

M. baccata 5-7 80-90 0

M. х cerasifera 35-40 50-60 7-10

M. mandshurica 10-15 85-90 0

M. orientalis 30-40 10-15 50-60

M. praecox 35-40 35-40 20-30

M. prunifolia 50-60 5-7 35-40

M. х purpurea 7-10 50-60 35-40

Рис 2 \ Плоды M. Baccata

Рис. 3 \ Рентгенограмма плодов M. baccata

Рис. 4 \ Рентгенограмма плодов Malus cerasifera

Рис. 5 \ Рентгенограмма плодов Malus cerasifera.

Рис. 6 Рентгеновский снимок целых плодов Malus prunifolia

Рис. 7 \ Рентгеновский снимок семян M. baccata

№ 6(42)/2015 I

биотехносфера

Рис. 8 | Рентгенограмма семян Malus cerasifera

Рис. 9 I Рентгенограмма семян Malus cerasifera

невыполненных семян отмечается у мелкоплодных видов (M. baccata, M. cerasifera и M. mandshurica). Рентгеновские снимки наглядно показывают, что многие семена у ряда исследованных видов рода яблоня (M. orientalis, M. prunifolia и M. х purpurea) значительно поражены вредителями, личинки которых съедают выполненные семена.

Заключение

Рентгенографический метод анализа плодов и семян позволяет ускорить и упростить трудоемкую работу, снизить трудозатраты по очистке семян и получить предварительные результаты оперативно, без проверки качества семян известными деструктивными способами. Этот метод, конечно же, не заменяет стандартной проверки лабораторной и грунтовой (полевой) всхожести, но ускоряет предварительную оценку качества партии плодов и семян. Исследования методом микрофокусной рентгенографии показали, что перед закладкой семян для хранения и последующей рассылки по заявкам из Ботанических садов мира требуется проведение

Рис. 10 I Рентгенограмма семян Malus mandshurica

Рис. 11 I Рентгенограмма семян Malus praecox

мер по их химической обработке для прекращения жизнедеятельности личинок вредителей.

Литература

1. Микрофокусная рентгенография / Н. Н. Потрахов, Г. Е. Труфанов, А. Ю. Васильев [и др.]. СПб.: ЭЛБИ, 2012. 80 с.

2. Архипов М. В., Потрахов Н. Н. Микрофокусная рентгенография растений. СПб.: Технолит, 2008. 194 с.

3. Методика рентгенографии в земледелии и растениеводстве / М. В. Архипов, Д. И. Алексеева, Н. Ф. Батыгин [и др.]. М.: РАСХН, 2001. 102 с.

4. Методические рекомендации по применению микрофокусной рентгенографии для экспресс-анализа семян винограда / М. А. Никольский, Л. П. Великанов, М. И. Панкин [и др.]. Анапа: ГНУ «Анапская ЗОСВиВ СКЗНИИСиВ Рос-сельхозакадемии», 2010. 12 с.

5. Фирсов Г. А., Ткаченко К. Г., Васильев Н. П. Род Яблоня (Malus Mill.) в коллекции Ботанического сада Петра Великого // Hortus botanicus. 2015. Vol. 10 [http://hb.karelia. ru/journal/article.php?id=2341] (электронный ресурс).

6. Ткаченко К. Г. Особенности цветения и семенная продуктивность некоторых видов Heracleum L., выращенных в Ленинградской области // Раст. ресурсы. 1989. Т. 25, вып. 1. С. 52-61.

биотехносфера

| № Б(42)/20!5