Жизнеспособность побегов и пыльцы плодовых культур при действии низкой и сверхнизкой температуры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Жизнеспособность побегов и пыльцы плодовых культур при действии низкой и сверхнизкой температуры

В.Г. ВЕРЖУК

Г.Ф. САФИНА

Н.Г. ТИХОНОВА

Н.А. ШУБИН

Исследовали влияние различной температуры на жизнеспособность побегов и пыльцы плодовых культур при длительном хранении. Оценивали жизнеспособность побегов, отобранных в разные сроки (глубокий покой и выход из покоя). Определяли зависимость жизнеспособности пыльцы яблони после хранения от сортовых особенностей, условий формирования пыльцевых зерен, а также температуры хранения.

побег плодовый температура пыльца

VIABILITY OF THE SPROUTS AND THE POLLEN

IN FRUIT CROPS UNDER THE INFLUENCE

OF LOW AND ULTRA LOW TEMPERATURES

V.G. Verzhuk, G.F. Safina, N.G. Tikhonova, N.A. Shubin

S u m m a r y

The authors have presented the experimental results on the influence of low and ultra low temperatures on viability of sprouts and pollen of fruit crops during their keeping. It was shown, that the part of viable grafts is higher at the keeping temperature of -5 oC, than at the temperature of -20 oC. It was established, that sprouts viability is depends on time of their choice: the grafts cut during deep rest have a mature wood and lighter survive the freezing, come up rapidly, as compared with the grafts at the period after deep rest. The relationship was revealed between pollen viability during the keeping and the conditions of formation of the later and its varietal peculiarities. The advantage of crioconservation of apple pollen as compared with low temperature keeping during one year was not revealed.

Для сохранения вегетативно размножаемых растений, в частности плодовых и ягодных культур, в последние десятилетия успешно используют методы культуры клеток, тканей и органов in vitro (1-3). Перспективными оказались культуры стеблевых апикальных и пазушных меристем, из которых на питательной среде развиваются растения, минуя каллусообразование (4). Меристемы генетически стабильны, их клетки однородны и соответствуют исходному генотипу. Кроме того, клетки меристемы не содержат патогенов, поэтому из нее можно получать здоровые растения. Однако этот прием имеет существенный недостаток -- непрерывный рост всего несколько месяцев, после чего культуру in vitro необходимо пересаживать на свежую питательную среду. Один из способов решения проблемы хранения растений -- сочетание методов культуры клеток и тканей и глубокого замораживания до температуры, при которой полностью прекращаются процессы жизнедеятельности в клетках. Судя по результатам модельных опытов, биологический материал можно хранить при температуре -196 оС десятки и сотни лет в неизменном состоянии (5-7). Так, показано, что побеги древесных растений, подвергнутые медленному замораживанию до -60 оС, а затем помещенные в жидкий азот (-196 оС), после оттаивания возобновляли рост, укоренялись и хорошо развивались (8). Установлено, что ветви и почки морозоустойчивых деревьев, в том числе и плодовых, способны выживать после погружения в жидкий азот (9). Успех этих опытов объясняется тем, что применение медленного замораживания биоматериала до -40…-60 оС приводит к постепенному обезвоживанию: в клетках остается менее 10 % воды. После такого обезвоживания клеток погружение растительного материала в жидкий азот уже не опасно, так как не вызывает образования льда. Успешное применение криопротекторов перед охлаждением позволило расширить границы устойчивости образцов, сократить время и повысить скорость замораживания (9, 10).

Кроме замораживания тканей, меристем, почек плодовых культур в некоторых случаях целесообразно применять криоконсервацию пыльцы. Хранение пыльцы плодовых позволяет сберечь генетический материал наиболее продуктивных и ценных по хозяйственным признакам сортов для осуществления планируемых скрещиваний, независимо от наличия свежесобранной пыльцы.

Одним из критериев сохранности пыльцы в условиях низкотемпературного и криогенного хранения является ее жизнеспособность. В естественных условиях жизнеспособность пыльцы растений разных видов различается: от нескольких часов (у злаков) до нескольких месяцев (у плодовых, табака) и даже лет (у пальм) (11). На жизнеспособность пыльцы заметно влияют погодные условия, при которых происходит формирование и созревание пыльцевых зерен (12, 13). Лучшими условиями для сохранения жизнеспособности пыльцы являются низкая влажность и невысокая температура воздуха (12, 14). В сухом состоянии пыльца может переносить очень низкие температуры (-196 оС), не теряя своей жизнеспособности и фертильности (11, 14-16).

В настоящей работе мы исследовали влияние различной температуры хранения на жизнеспособность побегов и пыльцы плодовых культур.

Методика. Отбор вегетативных побегов (черенков) проводили в коллекционном саду Павловской опытной станции ВИР в сроки, когда плодовые деревья находились в состоянии глубокого покоя (декабрь-январь) и в период выхода из глубокого покоя (февраль-март). Объектом исследования служили сорта яблони (Коричное полосатое, Зимнее наслаждение, Винное), груши (Ольга, Павловская поздняя, Местная), вишни (Владимирская, Жигарская, Краса Татарии) и сливы (Скороспелка красная, Тульская черная и др.). Нарезали по 20-25 черенков каждого сорта (в двух повторностях), затем их плотно заворачивали во влажную ткань (чтобы не подсыхали), упаковывали в полиэтилен и помещали в холодильники марки «Huurre» (Финляндия). Черенки предварительно закаливали, выдерживая 1 сут при 0 оС и 2 сут при -2...-3 оС, после чего их оставляли на длительное хранение (10 мес) при -5 и -20 оС.

Жизнеспособность размороженных черенков после 10 мес хранения определяли посредством проращивания в воде и гистологическим методом (поперечные срезы древесины и почек). Повреждение срезов оценивали по 6-балльной шкале (5): 0 -- нет повреждений; 1, 2, 3, 4 и 5 -- повреждено соответственно 10-15, 25, 40-50, 75 и 100 % от всей площади тканей.

Сбор и подсушивание пыльцы яблони осуществляли в коллекционном саду ПОС ВИР, согласно методическим указаниям (14). Часть подсушенной пыльцы использовали для определения исходной жизнеспособности, остальную помещали в контейнеры с пробирками фирмы «Nunс» (Дания) и закладывали на хранение при разной температуре: 2, -20 и -196 оС.

Замораживание пыльцы до сверхнизкой температуры осуществляли прямым погружением пробирок с пыльцой в жидкий азот, основываясь на данных Сытника с соавт. и собственных исследований (2, 10, 11). Размораживание проводили на водяной бане при температуре 37 оС в течение 1 мин.

Жизнеспособность пыльцы оценивали методом проращивания на искусственной среде, содержащей 15 % раствор сахарозы на 0,5 % растворе агар-агара. Одновременно определяли долю нормально выполненных пыльцевых зерен методом окрашивания в ацетокармине. Число проросших и окрашенных ацетокармином пыльцевых зерен подсчитывали под микроскопом при 100-кратном увеличении в 8-10 полях зрения в 3-кратной повторности.

Результаты. Анализ срезов древесины и почек после размораживания черенков показал, что после хранения при -5 оС их жизнеспособность была выше, чем после хранения при -20 оС (табл. 1). Однако в обоих вариантах наблюдалась зависимость жизнеспособности черенков от сроков их отбора. Срезанные в период глубокого покоя черенки лучше сохранялись, имели здоровую вызревшую древесину светлой окраски. На побеги, взятые в период выхода из глубокого покоя, оказывали отрицательное влияние оттепели и возврат морозов. Наиболее устойчивыми к замораживанию были следующие сорта: яблони -- Коричное полосатое и Зимнее наслаждение; груши -- Ольга и Павловская поздняя; вишни -- Владимирская; сливы -- Скороспелка красная и Тульская черная.

1. Оценка жизнеспособности и скорости прорастания черенков плодовых культур после хранения при температуре -5 и -20 оС

Исходная жизнеспособность пыльцы, определяемая методом проращивания на искусственной среде, зависит как от сортовых особенностей, так и от погодных условий в период ее формирования. Жизнеспособность пыльцы сортов яблони Июльская Петрова, Теллисаари, Крапчатое, Скрижапель и образца № 88 сбора 2001 года была ниже, чем тех же сортов сбора 2002 года (табл. 2 и 3). Это можно объяснить тем, что погодные условия в период формирования и созревания пыльцы яблони в 2002 году были более благоприятными, чем в 2001 году. Окрашивание пыльцы яблони ацетокармином, характеризующее ее зрелость, не всегда коррелировало со способностью к прорастанию.

Опыты по хранению пыльцы при различной температуре (2 и -20 оС) в течение 3 мес и более (1-2 года) показали, что для большинства сортов яблони наиболее благоприятной была температура -20 оС (10) (см. табл. 2).

2. Жизнеспособность пыльцы яблони различных сортов в зависимости от срока и температуры хранения (сбор 2001 года)

Не обнаружено достоверных различий по жизнеспособности пыльцы после ее хранения при температуре -20 и -196 оС в течение 1 года (см. табл. 3).

3. Жизнеспособность пыльцы яблони различных сортов в зависимости от срока и температуры хранения (сбор 2002 года)

Как и в предыдущих работах, мы наблюдали сортовые различия по жизнеспособности пыльцы после хранения при низкой температуре (10, 11). Жизнеспособность пыльцы исследованных сортов яблони, собранной в 2002 году, после 1 года хранения при -20 оС оставалась на исходном уровне; жизнеспособность же пыльцы, собранной в 2001 году, при хранении в течение 1 года при тех же условиях заметно снижалась у половины исследованных сортов. При хранении пыльцы в течение 1 года не выявлено преимущества криоконсервации перед низкотемпературным режимом. Для этого срока хранения температура -20 и -196 оС оказалась одинаково приемлемой.

Таким образом, при хранении побегов плодовых растений при -5 оС доля жизнеспособных черенков выше, чем при -20 оС. На жизнеспособность и скорость прорастания черенков оказывают влияние сроки отбора: черенки, срезанные в период глубокого покоя (декабрь-январь), имеют вызревшую древесину, их сохранность выше, хотя они отстают при прорастании на 2-3 сут от черенков, срезанных в период выхода из глубокого покоя (февраль-март). Жизнеспособность пыльцы зависит как от эколого-генетических факторов, так и от сортовых особенностей образцов. Пыльцу плодовых растений можно хранить в течение 1 года как при -20, так и при -196 оС.

Литература

П о п о в А.С. Физиология криоустойчивости и криосохранения культивируемых in vitro клеточных штаммов растений. Автореф. докт. дис. М., 1998: 15-17.

С ы т н и к К.М., М а н у и л ь с к и й В.Д. Криоконсервация и длительное хранение эмбриоидов и пыльцы растений. Пущино, 1983: 5-31.

Б у т е н к о Р.Г. Культура изолированных тканей и физиология растений. М., 1964.

К а т а е в а Н.В., Б у т е н к о Р.Г. Клональное микроразмножение растений. М., 1983.

Г о л у б и н с к и й И.Н. Биология прорастания пыльцы. Киев, 1974: 88-107.

С о л о в ь е в а М.А. Формирование признаков морозостойкости плодовых растений и методы оценки селекционного материала на устойчивость к низким и переменным температурам. В сб.: Селекция плодовых и ягодных культур. Новосибирск, 1998: 15-25.

F o r s l i n e P.L., T o w i l l L.E., W a d d e l J.W. e.a. Recovery and longevity of cryopreserved dormant apple buds. J. Amer. Soc. Hort. Sci., 1998, 123(3): 365-370.

Т у м а н о в И.И., К р а с а в ц е в О.А., Х в а л и н Н.Н. Повышение морозостойкости березы и черной смородины до -253 oC путем закаливания. Докл. АН СССР, 1959, 127, 6: 1301-1303.

S a k a i A., N i s h i y a m a Y. Cryopreservation of winter vegetative buds of hardy fruit trees in liquit nitrogen. Hort. Sci., 1978, 13, Section 1, 3: 225-228.

С а ф и н а Г.Ф., Т и х о н о в а Н.Г. Жизнеспособность пыльцы яблони при различных режимах хранения. В сб.: Генетические ресурсы культурных растений. СПб, 2001: 49-50.

V e r z h u k V., S a f i n a G., T i k h o n o v a N. e.a. Viability of fruit crop scions and apple pollen stored at low and ultralow temperatures (Crioconservation). Agriculture. Scientific Articles, 2002, 78, 2: 283-288.

Д у г а н о в а Е.А. О жизнеспособности пыльцы яблони, груши и айвы. Тр. по прикл. бот., ген. и сел. Л., 1973, 40, 3: 43-49.

К а л и н и н Ф.Л., С а р н а ц к а я В.В., П о л и щ у к В.Е. Методы культуры тканей в физиологии и биохимии растений. Киев, 1980.

Н е с т е р о в Я.С. Изучение коллекции семечковых культур и выявление сортов интенсивного типа. Метод. указ. Л., 1986: 69-75.

С т е н в у д Р.С., Б э с с Л.Н. Сохранение зародышевой плазмы путем глубокого охлаждения семян. В кн.: Холодостойкость растений. М., 1983: 280-287.

Ф и л и п п о в а Т.В. Возможность длительного хранения пыльцы кукурузы при температуре -196 oС. В сб.: Теоретические основы селекции. Новосибирск, 1985: 64-68.

Размещено на Allbest.ru