Плантационные культуры березы, созданные регенерантами in vitro в учебно-опытном лесхозе ВГЛТА

продукционный процесс и структура деревьев, древесины и ДРЕВОСТОЕВ

Библиографический список

1. Степанова, О.В. Продуктивность экотипов ели в географических культурах Сенежского лесничества Солнечногорского опытного лесхоза / О.В. Степанова, П.Г. Мельник, Н.А. Арабаджи // Мат. VI Междунар. конф. молод. уч. «Леса Евразии - Венгерский лес». - М.: МГУЛ, 2006. - С. 99-101.

2. Макарова, Н.В. Статистика в EXCEL / Н.В. Макарова, В.Я. Трофимец. - М.: Финансы и статистика, 2002. - 365 с.

3. Липаткин, В.А. Перекрестная датировка дендрохронологических рядов с помощью ПЭВМ / В.А. Липаткин, С.Ю. Мазитов // Экология, мониторинг и рациональное природопользование: сб. науч. тр. - Вып. 288 (1). - М.:МГУЛ, 1997. - С. 103-110.

4. Лакин, Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. - М.: Высшая школа, 1973. - 343 с.

5. Писаренко, А.И. Искусственные леса. Ч. 2. / А.И. Писаренко, Г.И. Редько, М.Д. Мерзленко. - М.: ВНИИЦЛЕСРЕСУРС, 1992. - 238 с.

6. Грант, В. Эволюционный процесс / В. Грант. - М.: Мир, 1991. - 488 с.

7. Мелехов, И.С. Лесоведение / И.С. Мелехов. - М.: МГУЛ, 2002. - 258 с.

8. Уголев, Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение / Б.Н. Уголев. - М.: Академия, 2004. -272 с.

9. Olesen P.O. The interrelation between basic density and ring width of Norway spruce.// Det Forstlige Forsogsvssen I Danmark. Dind XXXIV, 1976. P. 341-359.

ПЛАНТАЦИОННЫЕ КУЛЬТУРЫ БЕРЕЗЫ, СОЗДАННЫЕ РЕГЕНЕРАНТАМИ IN VITRO В УЧЕБНО-ОПЫТНОМ ЛЕСХОЗЕ ВГЛТА

A. И. СИВОЛАПОВ, проф. ВГЛТА, д-р биол наук, Т.М. ТАБАЦКАЯ, доц. НИИЛГиС, канд. биол. наук,

B. А. СИВОЛАПОВ, ВГЛТА, канд. биол. наук

В настоящее время наряду с традиционными приемами для воспроизводства ценных форм и сортов лесных древесных растений используют метод культуры изолированных органов и тканей (клональное микроразмножение растений). К преимуществам этого метода относятся: быстрота, исключение вирусных заболеваний, потребность в малом количестве инициальных эксплантов и ограниченных площадей, возможность круглогодичного продуцирования посадочного материала, продолжительная его сохранность при минимальных объемах холодильных камер, продуцирование многих тысяч экземпляров посадочного материала в год [4].

Массовое воспроизводство генетически улучшенных форм древесных растений с помощью культуры тканей способствует повышению качественного состава лесонасаждений за счет получения клоновых растений, устойчивых к болезням и вредителям, стрессовым и техногенным факторам [7], ускоряет воспроизводство лесных ресурсов (позволяет получать генетически улучшенный материал на 10-16 лет раньше, чем при обычных условиях) [8].

Положительные результаты по клональному микроразмножению взрослых де-

ревьев получены для некоторых видов тополя, осины, березы, вяза, туи, эвкалипта, ивы и др. пород, у которых хорошо выражена регенерационная способность. У этих пород в культуре in vitro удалось увеличить коэффициент микроразмножения до 105-107 растений в год, что в несколько тысяч раз больше, чем при использовании традиционных методов вегетативного размножения. Использование метода культуры тканей позволяет с достаточной эффективностью проводить микроклональное размножение березы [1, 3, 5, 6].

В последние годы особую значимость приобретают плантационные культуры березы с коротким периодом ротации на получение мелкотоварной древесины для целей прессования в связи с высокой эффективностью ее использования.

Для микроклонального размножения использованы: мелкоромбовидно-трещино-

ватая форма березы повислой воронежского происхождения, продольно-трещиноватая форма березы повислой киевского происхождения и высокоствольная форма березы карельской [2].

Получение асептических и жизнеспособных культур наиболее трудно из-за сильной инфекции почек, изолированных с

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2007

113

продукционный процесс и структура деревьев, древесины и ДРЕВОСТОЕВ

взрослых деревьев. Одним из важных условий успешной стерилизации являются сроки изоляции почек (март, апрель). Материал, собранный в июне-июле, отличался большой инфицированностью. Было использовано 10 способов стерилизации, из которых только при одном - (96 % спирта - 1 минута, затем 0,025-0,30 % раствора мертиолята - 20 мин) удалось получить порядка 6 % асептических культур, что составило 2-3 почки на 50 экс-плантированных.

Исследования показали, что для микроклонального размножения березы достаточно эффективным было сочетание следующих способов: активация развития основного (первичного) побега из пазушной почки или индукция дополнительных адвентивных почек с последующим их черенкованием, а также мультипликации вновь образовавшихся на этих черенках пазушных побегов и целых растений.

Использование данного способа позволило существенно увеличить выход растений регенерантов березы из ограниченного количества исходных эксплантов.

Выявлены факторы, способствующие увеличению количества индуцированных побегов от одного экспланта березы и их эффективному росту, что в дальнейшем определило многочисленность клона и его жизнеспособность.

Из трех испытанных питательных сред (различающихся соляным и гормональным составом) лучшей средой для первичного культивирования эксплантов березы воронежского происхождения и березы карельской была среда Буле с БАП 0,5 мг/л и ИУК 0,5 мг/л; для березы киевского происхождения - 1/2 питательной среды Мурасиге и Скуга с БАП (0,5-1 мг/л). Большинство культур положительно реагировало на добавление в среду цитокинина 6-БАП. Характер и частота морфогенных проявлений была неодинакова у разных форм. Например, у березы карельской отмечено утолщение самого экспланта, формирование одного побега из верхушечной меристемы, для березы воронежского происхождения морфогенез реализуется в разрастании каллуса на базальном конце экспланта, где в течение 30 дней образуются новые меристе-

матические зоны и закладываются почки, которые вытягиваются и образуют побеги. Для березы карельской и березы киевского происхождения отмечены аномальные проявления этого процесса - ранний апикальный некроз.

Такое проявление генотипических особенностей исходных эксплантов связано, по-видимому, с неодинаковым содержанием в них эндогенных гормонов, что не отрицает возможности создания индивидуальных условий культивирования, в частности уровня экзогенных гормонов, для «трудных» форм.

В случае успешного развития эксплан-та морфогенез проявляется в образовании одного основного или нескольких адвентивных побегов на культуру. В морфологических проявлениях, как правило, эти побеги были прямыми с развернутыми листовыми пластинками и нормально развитыми междоузлиями.

Побеги, достигшие 2-3 см, изолировали и помещали на свежие питательные среды, которые можно разделить на две группы по типу желаемого развития:

I - для роста и изолирования побегов (безгормональные среды: 1/2 МС, 1/3 МС, Буле);

II - для закладки новых почек (1/2 МС, Буле с ИУК 0,5 мг/л и БАП 0,5 мг/л).

В течение 1,0—1,5 месяца культивирования изолированных побегов на средах первой группы наблюдался их хороший рост с одновременным спонтанным укоренением.

В целом частота укоренения побегов разных форм березы была достаточно высокая, от 88 до 100 % (табл. 1). Выявлены различия у регенерантов по высоте побегов и длине корней. Побеги двух форм (карельской, киевский экотип) отличались слабыми ростовыми показателями. Так, если побеги формы березы воронежского происхождения за 1 месяц достигли 5 см, то высоты вышеуказанных форм за это же время культивирования не превышали (1,0—1,5 см). Для достижения максимальной для них высоты (2,0-2,8 см) сроки культивирования приходилось увеличивать в 2 раза.

Микроклональное размножение с помощью индуцированного морфогенеза достигалось культивированием эксплантов первоначально на среде с высоким содержанием

114

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2007

продукционный процесс и структура деревьев, древесины и ДРЕВОСТОЕВ

БАП (1-5 мг/л), что необходимо для снятия апикального феминирования основного пазушного побега, с последующей пересадкой их на свежие среды без гормонов. Отмечалось массовое образование почек, побегов уже через 3-4 недели культивирования (от 5 до 20 шт. на культуру). Образованные побеги изолировали, доращивали и при необходимости черенковали. Оставшиеся культуры вновь подвергали действию морфоиндуктора. В результате сравнения двух способов микроклонального размножения мы пришли к выводу, что пролиферация непосредственно из ткани экспланта первичного основного пазушного побега на безгормональной среде или с низким содержанием гормонов с последующим его микрочеренкованием предпочтительнее способа индуцированного морфогенеза. В первом случае полнее обеспечивается генетическая однородность размноженных растений. Однако большая инфицированность почек взрослых деревьев и трудности получения асептических культур, а также ограниченность в сроках изоляции почек требуют сочетания этих двух способов, так как одно из достоинств второго способа - высокая морфогенная активность культур.

В результате проведенных исследований часть пробирочных культур была высажена в почвенный субстрат (торф: почва: перлит в равных частях) в полиэтиленовые стаканчики. Данный этап (этап адаптации) микроразмножения наиболее ответственный и требует определенных строго контролируемых условий (интенсивность и продолжительность освещения, температура, влажность). Более того, для «трудных» форм требуются дополнительные исследования при различных режимах.

В опытах по переводу пробирочных растений в почвенный субстрат использовали растения с хорошо развитой корневой системой, нормальной, развернутой листовой пластинкой средней высотой не менее 3-6 см.

Проведение адаптации полученных регенерантов в очень ограниченных условиях (низкие температуры, пониженная влажность, малая интенсивность и длительность освещения) не способствовало успешному завершению этого процесса и значительно снизило его результативность (сохранность регенерантов в пластиковых стаканчиках была

33,3 %). После 1-2-месячного доращивания в минитеплицах растения, адаптированные к окружающей среде, пересаживали в теплицу с пленочным покрытием.

В результате оценки жизнеспособности растений березы, высаженных в пленочные теплицы, установлено, что в теплице сохранность регенерантов составила 80,5 %.

После доращивания и адаптации в теплице саженцы-регенеранты использовали для закладки плантационных культур. Весной 1996 г. в квартале 26 Конь-Колодез-ного лесничества заложены испытательные культуры регенерантами березы повислой воронежского и киевского происхождения, а также березы карельской. Культуры созданы редкой посадкой (3 х 6 м) по раскорчеванной вырубке в лесорастительных условиях С2-С3. Почвы - серые лесные супесчаные. Для посадки использовали регенеранты березы и в качестве контроля сеянцы березы повислой. Приживаемость регенерантов и сеянцев составила 100 %. Учет сохранности к концу года показал 100 % сохранности регенерантов и сеянцев.

Таблица 1

Эффективность укоренения первичных побегов в культуре in vitro

Изучаемые признаки Формы березы

Воронежская Киевская Карельская Карельская 2

Общее количество побегов, шт. 16 8 9 11

Количество укоренных побегов, % 100,0 100,0 88,2 99,9

Средняя высота растений, см 5,1 2,3 2,0 4,9

Средняя сумма длин корней, см 2,8 1,66 1,16 3,4

Сохранность, % 97,5 37,5 22,2 99,9

Примечание: у березы карельской представлены два биотипа высокоствольной формы

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2007

115