Биологические особенности размножения некоторых представителей рода Vaccinium L

УДК 634.739.1 Т.С. Стахеева

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗМНОЖЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ

РОДА VACCINIUM L.

Данная работа посвящена усовершенствованию технологии клонального микроразмножения нетрадиционных ягодных культур семейства Vacciniaceae. Проведена оптимизация условий культивирования на основных этапах. Определено влияние различных концентраций экзогенных гормонов на рост и развитие растений in vitro. Изучены адаптационные возможности различных генотипов высокорослой голубики и брусники обыкновенной к условиям in vivo. Изучены морфогенетические процессы происходящие при микроклональном размножении этих культур. Усовершенствованная технология позволяет получать большое количество генетически однородного, оздоровленного посадочного материала малораспространенных культур в оптимальные сроки. Создан банк стерильных культур 8 сортов высокорослой голубики и 4 сортов брусники обыкновенной.

Ключевые слова: высокорослая голубика, брусника обыкновенная, микроклональное размножение, морфогенез, регенерация, банк стерильных культур.

T.S. Stakheeva BIOLOGICAL FEATURES OF REPRODUCTION OF SOME VACCINIUM L. SORT REPRESENTATIVES

The article is devoted to the perfection of the technique of cloning micropropogation of the nontraditional berry cultures of Vaccinium L.family. Optimization of the cultivation conditions at the main stages is developed. The influence of the exogenous hormones of different concentrations influence on in -vitro plants growth and development is determined. Adaptive abilities of different genotypes of tall blueberry and cowberry to the in-vivo conditions are revealed. Morphogenetic processes which occur in these berries microcloning reproduction are studied. The perfected technique allows to take a greate volume of genetically homogenious, improved sowing stuff of limited occurrance cultures in the optimum time. The sterile culture bank containing 8 tall blueberry sorts and 4 cowberry sorts is developed.

Key words: tall blueberry, cowberry, microcloning reproduction, morphogenesis, regeneration, sterile culture

bank.

Среди дикорастущих ягодных растений особой популярностью среди населения пользуются представители рода Vaccinium L., в том числе голубика и брусника. Повышенный интерес к выращиванию этих растений в культуре объясняется как их большой пищевой и лекарственной ценностью, так и уменьшением объемов заготовок в результате сокращения площадей дикорастущих ягодников вследствие антропогенного воздействия [1-5].

На Североамериканском континенте встречается более 20 видов голубики, многие их них имеют вкусные ягоды и используются населением в свежем и переработанном виде. В США высокорослая голубика с начала ХХ века выращивается на промышленных плантациях. Большинство современных сортов высокорослой голубики произошли от скрещивания трех диких видов: V. corymbosum L, V. australe Small, V. angusti-folium Aiton. В настоящее время насчитывается более ста сортов этой культуры.

В ГБС РАН высокорослая голубика изучается с 1964 года. В коллекции отдела культурных растений имеется 22 сорта этой культуры. Результаты многолетних интродукционных исследований позволяют рекомендовать для успешного выращивания в Нечерноземной зоне сорта раннего и среднераннего срока созревания ягод: из ранних - «Веймут», «Ранняя голубая», «Ранкокас», «Джун», из среднеранних - «Айвенго», «Блюкроп», «Блюрей», «Дикси» [6]. Плоды поздних сортов не успевают полностью созреть в условиях Нечерноземья.

Брусника (V. vitis-idaea L.) распространена в лесной зоне Европы и Азии, встречается на Североамериканском континенте и в Гренландии. В России, Скандинавских странах, ФРГ, Польше и других проводятся многочисленные работы по изучению биологических особенностей брусники, влияния различных экологических факторов на продуктивность дикорастущих зарослей. Исследуют возможности выращивания брусники в культуре, выведены промышленные сорта («Koralle», «Masovia», «Erntedank», «Erntekrone», «Erntesegen» и др.) [3,5].

В 1995 году на Костромской лесной опытной станции были получены первые отечественные сорта брусники: «Костромская розовая» и «Костромичка», которые по урожайности в Нечерноземной зоне превосходят сорта зарубежной селекции. Сорт «Костромская розовая» выделяется также крупным размером ягод [3,7]. Объектами исследований были сорта высокорослой голубики - «Айвенго», «Веймут» и сорта брусники обыкновенной - «Мазовия», «Костромская розовая».

В нашей стране сорта высокорослой голубики и брусники в основном сосредоточены в коллекциях ботанических садов и селекционных учреждений и представлены малым количеством экземпляров. Широкое введение этих ценных растений в культуру сдерживается отсутствием эффективной, экономически выгодной технологии их размножения. В связи с этим весьма актуально усовершенствование методов микроклональ-ного размножения с целью ускоренного распространения в культуре сортов брусники и голубики.

Цель наших исследований заключалась в оптимизации приемов культивирования изолированных тканей интродуцированных сортов голубики и брусники в условиях in vitro, изучении морфогенетических процессов, происходящих при этом и создании банка стерильных культур.

В основу методики были положены общепринятые классические приемы с культурами изолированных тканей и органов растений [8,10]. В качестве экслантов брали апикальные и латеральные почки побегов с небольшим участком стебля.

В качестве стерилизаторов использовали 0,1% раствор диацида, 7% раствор гипохлорита кальция,

0,1% раствор сулемы и 3% раствор лизоформина в сочетании с обработкой 70% этанолом. При использовании данных стерилизаторов выход жизнеспособных эксплантов высокорослой голубики и брусники обыкновенной составил 70-90%. Наилучшие результаты были получены при использовании 0,1% раствора сулемы с экспозицией 10 минут и 3% раствора лизоформина с экспозицией 11-12 минут.

Экспланты помещали на среду Андерсона (1974) с добавлением различных концентраций гормонов. Экспланты разных видов и сортов существенно различались по способности к регенерации (рис.).

Айвенго Веймут Блюрей Костромская Мазовйя Сорт

розовая

юа Еб

Влияние состава питательной среды на коэффициент размножения (КР) различных сортов высокорослой голубики и брусники обыкновенной: а - ИМК:2-иП - 1:5; б - ИМК:2-иП - 4:15

Среди сортов высокорослой голубики коэффицент размножения варьировал от 1,8 до 5,7, у брусники обыкновенной от 2,4 до 8,2.

Изучение морфогенетического потенциала позволило выделить генотипы, характеризующиеся более высокой способностью к регенерации побегов. Для большинства сортов голубики и брусники выявлен оптимальный состав питательной среды для размножения с соотношением ИУК:2ИП 4:15. Коэффициент размножения на данной среде у большинства сортов голубики увеличивался в два раза по сравнению с другими модификациями.

На этапе укоренения испытывали два различных способа аппликации стимуляторов корнеобразования [9]: 1) включение ауксинов непосредственно в питательную среду; 2) кратковременная обработка базальной части микропобгов ауксинами, с последующим помещением их на безормональную питательную среду. Наибольший

процент укоренившихся растений наблюдался при замачивании в растворе ИМК с концентрацией 30 мг/л. Степень укоренившихся растений - 60-100%.

Для индукции ризогенеза использовались среда Андерсона с полной концентрацией макро- и микросолей и аденин сульфата, с добавлением активированного угля (0,6 г/л), а также НУК, ИУК и ИМК в концентрации 1 мг/л в зависимости от варианта опыта. Для укоренения брали побеги длиной не менее 1,5 см.

Результаты нашей работы показали, что процент укорененных растений был гораздо больше при добавлении ИМК в концентрации 1 мг/л, а при использовании НУК процент был низок. Это происходило вследствие интенсивного развития каллусной ткани у основания побегов, которая в ряде случаев тормозила образование корней и угнетала развитие регенерантов. Интенсивность корнеобразования колебалась от 15 до 70% и зависела как от сортовых особенностей, так и от вида ауксина, применяемого для ризогенеза. Время укоренения на питательной среде составляло 2-3 месяца.

Дополнительно использовались варианты укоренения микрочеренков на безгормональной среде с предварительным замачиванием в растворе ИМК в концентрации 25 и 30 мг/л с экспозицией 4 часа. Результаты исследований показали (табл. 1), что наибольший процент укоренившихся растений наблюдался при замачивании микрочеренков в растворе ИМК с концентрацией 30 мг/л. Укореняемость в этом варианте составила 90%. Корнеобразование в этом случае значительно ускорялось по сравнению с методом введения ауксинов непосредственно в питательную среду (корни появлялись на 25 день), а развитие каллусной ткани было минимально. Время укоренения составило 1-2 месяца.

Таблица 1

Формирование корневой системы высокорослой голубики и брусники обыкновенной в зависимости __________________________________от способа индуктора ризогенеза________________________________

Способ аппликации ауксина Укореняемость, % Число корней, шт. Длина корней, см

Высокорослая голубика «Айвенго»

1 60,4±10,9 3,5±0,6 3,2±0,83

2 100 3,9±0,7 1,58±0,75

3 100 4,3±0,5 2.35± 0,71

Высокорослая гол бика «Веймут»

1 77,3±9,4 3,3±0,7 3,0±0,69

2 100 39± 0,6 2,19± 0,63

3 100 4,3± 0,6 2,21± 0,75

Б русника обыкновенная «Костромская розовая»

1 20,5±9,0 1,5±0,4 2,6±0,51

2 35,4±10,7 2,8±0,3 2,0± 0,50

3 61,9± 10, 9 2,0± 0,4 2,02± 0,32

Брусника обыкновенная «Мазовия»

1 25,7±9,8 1,4±0,3 2,6±0,46

2 79,3±13,6 2,3±0,4 2,1± 0,57

3 82,1±8,6 2,5±0,4 2,02± 0,68

Примечание:

1 - ауксин непосредственно в среде (контроль);

2 - замачивание ИМК в концентрации 25 мг/л;

3 - замачивание ИМК в концентрации 30 мг/л.

Отметим, что положительный эффект кратковременных обработок проявлялся не только в отношении процента укоренений, но и в отношении числа развившихся корней на побег и средней длины каждого корня. Такая ситуация легко объяснима с точки зрения характера действия ауксинов. Процесс собственно инициации ризогенеза кратковременный, поэтому присутствие ауксинов необходимо только на первых этапах. Дальнейший контакт развивающихся корней с этой группой веществ бесполезен и даже нежелателен.

Через 1,5-2 месяца растения отмывали от питательной среды и переносили на различные варианты субстратов (сфагновый мох, торф+песок, торф+биогумус, торф+перлит в соотношении компонентов 1:1). Для лучшей адаптации растений первые две недели регенеранты содержали в условиях повышенной влажности. Через 1-1,5 месяца проводился морфометрический анализ растений.

В качестве субстратов для укоренения растений регенерантов наиболее оптимальными являются торф+песок или торф+перлит. Почвенный субстрат должен иметь рН в пределах 3,5-5,0. Соблюдение вышеуказанных условий дает возможность довести выход адаптированных растений высокорослой голубики и брусники обыкновенной до 97-100%.

Проведено также изучение способности к укоренению у зеленых черенков, взятых с коллекционных маточных растений открытого грунта и подрощенных растений-регенерантов в возрасте 2-х лет.

В опыте использовали черенки с 2-3 междоузлиями, у которых укорачивали наполовину листовую пластинку для уменьшения поверхности испарения. Использовали два варианта обработки черенков: корневином и ИМК в концентрации 100 мг/л в 70% растворе этанола. В первом варианте срез черенка опудривали корневином, а во втором - срез черенка погружали на 5 секунд в спиртовой раствор ИМК с последующей высадкой в субстрат. Черенки высаживались в кислую (рН 4-4,5) смесь торф:песок в соотношении 1:1, их дальнейшие укоренение осуществлялось в летней теплице без подпочвенного подогрева в условиях «влажной камеры». Результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 2

Укоренение, рост и развитие зеленых черенков высокорослой голубики, взятых с маточных растений открытого грунта

Вари- ант Вид ауксина Сорт Укореняемость, % Высота, см Прирост в год укоренения, см Число листьев, шт. Оценка корневой системы, балл

Айвенго 18,43 2,25±0,21 _ 2,89±0,17 1,00

Корневин Веймут 22,22 2,35± 0,33 5,25± 0,22 2,50

А Среднее 20,32 2,30± 0,37 _ 4,07± 0,34 1,75

Айвенго 12,34 2,50± 0,24 _ 3,01± 0,27 1,00

ИМК Веймут 16,08 2,71± 0,28 _ 5,87± 0,19 2,60

Среднее 14,21 2,61± 0,37 _ 4,44±0,31 1,80

Айвенго 35,30 7,55± 0,88 20,5± 4,02 7,51±0,72 3,55

Корневин Веймут 45,28 8,55± 0,71 17,24±3,14 7,79±0,64 3,33

В Среднее 40,29 8,05± 0,44 18,87±3,74 7,65± 0,57 3,44

Айвенго 40,82 10,39±0,71 2821±6,24 9,13± 0,71 4,20

ИМК Веймут 62,52 11,34±0,69 26,67±5,27 9,34± 0,65 5,00

Среднее 51, 67 10,87±0,73 27,44±4,44 9,24± 0,55 4,60

Полученные данные свидетельствуют о том, что по всем анализируемым показателям черенки высокорослой голубики, взятые с растений-регенерантов, превосходят черенки с маточных растений открытого грунта. Наблюдалось их преимущество в усиленном образовании базальных побегов, что можно объяснить усилением синтеза эндогенных цитокининов в ювенильных растениях, способствующем активации пазушных меристем и, как следствие, увеличению числа базальных побегов.

Перспективно использование растений-регенерантов в качестве маточников для дальнейшего размножения ценных сортов этих культур методом зеленого черенкования.

Сравнение различных приемов индукции ризогенеза у представителей рода Vaccinium L. показало, что для увеличения процента укоренения в ряде случаев необходимо проводить обработку базальной части побега растворами стимуляторов роста ауксинного типа.

Литература

1. Рейман, А. Высокорослая голубика / А. Рейман, К. Плишка. - М.: Колос, 1984. - 48 с.

2. Лекарственные растения: растения целители. Изд. 2-е. / под ред. А.Ф. Гамерман.- М., 1976. - 389 с.

3. Павловский, Н.Б. Брусника - лесная гостья / Н.Б. Павловский. - Минск, 2005. - 62 с.

4. Рубан, Н.Н. Голубика на садовом участке / Н.Н. Рубан, И.К. Володько, Т.В. Курилович. - Минск, 2002. -

47с.

5. Гпадкова, Л.И. Введение в культуру дикорастущих ягодных растений / Л.И. Гпадкова. - М., 1981. - 54 с.

6. Данилова, И.А. Интродукция голубики высокорослой в ГБС АН СССР / И.А. Данилова // Дикорастущие ягодные растения СССР. - Петрозаводск, 1980. - С. 63-64.

УДК 633.2.6:502.654 А.Х. Сариев, В.М. Зеленский

ТРАВОСМЕСИ И НОРМЫ ВЫСЕВА МНОГОЛЕТНИХ ЗЛАКОВЫХ ТРАВ ПРИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

В статье представлены результаты изучения различных травосмесей и норм высева семян, рекомендуемых для проведения биологической рекультивации нарушенных земель в субарктических тундрах Таймыра.

Ключевые слова: злаковые травы, травосмеси, посев, норма высева.

A.Kh. Sariev, V.M. Zelensky MIXED GRASS CROPS AND SOWING NORMS OF PERENNIAL CEREAL HERBAGE IN BIOLOGICAL RECULTIVATION OF THE DEFECTIVE SOILS

The results of different mixed grass crops and seed sowing norms research recommended for biological recultivation of the defective soils in the subarctic Taimir tundra are given in the article.

Key words: cereal herbage, mixed grass crops, sowing, sowing norm.

Освоение и разработка газовых месторождений на Енисейском Севере негативно отражаются на состоянии окружающей среды Таймыра. При строительстве и эксплуатации линейных трасс газопроводов происходит механическое нарушение почвенно-растительного покрова тундры вплоть до его полного уничтожения. При аварийных ситуациях наблюдаются масштабные загрязнения растительности, почвы, воды, а также отмечаются выбросы газа в атмосферу [1].

Одним из способов восстановления техногенно нарушенных земель и сохранения уникальной природы Енисейского Севера является биологическая рекультивация с посевом многолетних злаковых трав в сочетании с внесением минеральных удобрений. По мере роста и развития многолетних злаковых трав идет активное задернение поверхностного слоя тундры, прекращается развитие эрозионных процессов. Корневая система растений выступает армирующим элементом верхнего слоя почвы. Особо прочное оструктуривание почвы происходит в результате посева травосмесей. Травосмеси способствуют созданию оптимального водно-воздушного режима в почве и преобладанию макроагрегатов размерами от 1 до 3 мм. Многолетние травосмеси оставляют больше органических остатков, чем одновидовые посевы трав, что повышает плодородие почвы. Поэтому изучение травосмесей при биологической рекультивации земель является актуальной проблемой.