Оценка зимостойкости видов и сортов роз с использованием гистохимических методов

В статье анализируются результаты многолетних исследований зимостойкости роз в условиях континентального климата лесостепи Западной Сибири, проводимых для отбора видов из секций Caninae Сrep., Indicae Thory, Synstylae DC., Cinnamomeae DC. перспективных в качестве подвоев садовых роз. Описаны доступные гистохимические методики и дано наиболее информативное графическое представление результатов сравнительного изучения зимостойкости по содержанию крахмала и липидов в побегах роз. Показано, что сезонный транспорт крахмала в тканях имеет центростремительный характер — к концу вегетационного периода он наблюдается в сердцевинных лучах, перимедуллярной зоне и сердцевине. Для липидов характерна центробежная тенденция — в предзимье наиболее насыщены липидами первичная кора, флоэма и камбий.

Введение

Зимостойкость садовых роз, в первую очередь, зависит от того, в какой культуре (привитой или корнесобственной) они выращиваются. При продвижении садовых роз в районы с суровыми климатическими условиями и стремлении наладить массовое размножение перспективных сортов непосредственно в пунктах интродукции важную роль начинает играть зимостойкость самих подвоев. Но не как компонентов привитых саженцев, а как растений, произрастающих на маточных семенных плантациях подвоев-шиповников. В условиях континентального климата лесостепной зоны Западной Сибири суровые зимы отмечаются в среднем один раз в 4-5 лет [1]. Это приводит не столько к массовой гибели садовых роз, которые в значительной мере защищены специальной заглубленной посадкой и укрытием, сколько к повреждению генеративных почек шиповников, выращиваемых с целью получения семян подвоев [2, 3].

В Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН (Новосибирск) исследования, связанные с выявлением адаптационных воз-можностей шиповников, проводятся более двадцати лет. Основная цель — разработка биологических основ интродукции и селекции видов и форм шиповников из секций Caninae Сreр., Indicae Thory, Synstylae DC., Cinnamomeae DC. с выявлением наиболее высокозимостойких, перспективных в качестве подвоев садовых роз в условиях континентального климата Западной Сибири.

К основным задачам относятся:

1. Изучение особенностей онтоморфогенеза шиповников в культуре;
2. Анатомо-гистохимические исследования побегов видов, форм и сортов роз в связи с зимостойкостью;
3. Изучение особенностей репродуктивной биологии шиповников для дальнейшего увеличения формового разнообразия.

При изучении внутривидового разнообразия шиповников, а также полученного гибридного материала возникает необходимость подобрать достаточно информативные методики оценки зимостойкости, позволяющие при незначительном расширении лабораторных исследований и без больших временных и финансовых затрат проводить достоверную раннюю диагностику зимостойкости шиповников-подвоев.

Объекты и методика исследований

Центральный сибирский ботанический сад (ЦСБС) находится в лесостепной зоне юга Западной Сибири, для которой характерна умеренная обеспеченность теплом и влагой. Устойчивый снежный покров сохраняется здесь в течение 157-162 дней. На защищенных участках, где выращиваются шиповники, высота его достигает 60-70 см. Почва про-мерзает на глубину 150-240 см. Безморозный период в среднем составляет 120 дней. Средняя продолжительность периода с температурой воздуха выше 5 °С — 155 дней. Сумма температур воздуха выше 10 °С составляет 1800-1950 °С. Распределение осадков по месяцам следующее: ноябрь-март — 128 мм, апрель- октябрь — 286 мм.

При сравнительном изучении зимостойкости внутривидового разнообразия семенных шиповников-подвоев применялись классические гистохимические методики [4]. Сезонная динамика крахмала в побегах роз изучалась с использованием реакции с йодом в йодистом калии. Состав реактива: 2 г йодистого калия, 0,2 г кристаллического йода и 100 мл дистиллированной воды.

Для выявления липидов проводилась окраска Суданом III. Краситель состоял из 0,01 г краски Судан III и 20 мл 96 % этилового спирта. Для дальнейшей микроскопии требовалось 10 мл глицерина.

Результаты исследования

Взаимопревращения углеводов (свободных растворимых сахаров и крахмала) в годичном цикле развития различных по зимостойкости видов или даже сортов одной и той же культуры до настоящего времени используются для диагностики зимостойкости. В период листопада в тканях побегов и почек отмечается осенний максимум крахмала. В октябре- ноябре идет гидролиз крахмала и превращение в свободные сахара, в большей степени у зимостойких образцов.

Также представляет интерес сезонная динамика липидов — жироподобных веществ, являющихся одними из основных компонентов биологических мембран. Функции липидов как протекторов состоят в образовании энергетического резерва и создании защитных водоот-талкивающих и термоизоляционных покровов у животных и растений.

По шкалам, разработанным [5] для роз, общее количество запасных веществ определяли (в сезонной динамике) по сумме баллов во всех тканях (табл. 1).

С точки зрения пригодности создания семенных маточников подвоев, изученные шиповники разделились на три категории [6-8].

К высокозимостойким были отнесены местные виды и образцы, ежегодно плодоносящие (R. acicularis, R. majalis). Среднезимостойкие получали повреждения скелетных осей и, соответственно, генеративных почек только после экстремальных зимовок (R. canina, R. согут- bifera). К малозимостойким шиповникам — потенциальным клоновым подвоям были отнесены те объекты (R. chinensis, R. multiflora), у которых в процессе зимовки без укрытия оставалась неповрежденной лишь минимальная надземная часть, регулярно отрастающая, неплодоносящая или только цветущая на однолетнем приросте. Таким образом, их зимостойкость была выше, чем у возможных привойных компонентов — садовых роз, зимующих под укрытием. Динамика крахмала и липидов изучалась в период с мая по ноябрь. Однако, как оказалось, наибольший интерес представляет их локализация в тканях побегов шиповников и садовых роз непосредственно в предзимье, в конце ноября — начале декабря.

Транспорт крахмала в тканях имеет центростремительный характер. В период активной вегетации максимум крахмала содержится в коровой паренхиме, флоэме, камбии и ксилеме, к концу вегетационного периода он наблюдается в однорядных и многорядных сердцевинных лучах, перимедуллярной зоне, а также в сердцевине. У высокозимостойких видов в предзимье единичные крахмальные зерна окрашиваются в клетках сердцевинных лучей и перимедуллярной зоне (табл. 2).

У незимостойких садовых роз и малозимостойких шиповников среднее содержание крахмала может отмечаться в предзимье в первичной коре, а также в камбии, который не успевает закончить свою активность.

В тканевом распределении липидов, напротив, наблюдалась центробежная тенденция, на периферию побега (табл. 3). К концу веге-тационных периодов у R. corymbifera, как и у R. canina, наиболее насыщены липидами первичная кора, флоэма и камбий, менее — одно-рядные сердцевинные лучи и сердцевина, а в перимедуллярной зоне содержание жиров оценивается в 1 балл или они отсутствуют.

Среднемноголетняя сезонная динамика 2) среднезимостойкой R. canina и 3) мало- крахмала и липидов показана на рис. 1-3 зимостойкой R. chinensis. для: 1) высокозимостойкой R. acicularis,

Рис. 1. Сезонная динамика крахмала и липидов в побегах Rosa acicularis (высокозимостойкий вид)

Рис. 2. Сезонная динамика крахмала и липидов в побегах Rosa canina (среднезимостойкий вид)

Рис. 3. Сезонная динамика крахмала и липидов в побегах Rosa chinensis (малозимостойкий вид)

Как видно на рис. 1, у зимостойкой R. acicularis наблюдается максимальное накопление липидов и, наоборот, практически полный гидролиз крахмала в предзимье. У садовых роз сезонная динамика крахмала может иметь волнообразный характер, соответствующий ремонтантному цветению, однако предзимнее содержание крахмала и липидов будет очень близким с показателями R. chinensis.

Заключение

Таким образом, сезонный транспорт крахмала в тканях роз имеет центростремительный характер — к концу вегетационного периода он наблюдается в сердцевинных лучах, перимедуллярной зоне и сердцевине. Для липидов характерна центробежная тенденция — в предзимье наиболее насыщены липидами первичная кора, флоэма и камбий. По итогам анатомо-гистохимических исследований побегов роз различной зимостойкости предложена схема экспресс- оценки зимостойкости на тканевом уровне с использованием показателей предзимнего содержания крахмала и липидов, которая может использоваться и при изучении других плодовых, ягодных и декоративных древесных растений.

Список использованной литературы

1. Коробов В. И. Розы в открытом грунте Западной Сибири. — Новосибирск: Наука, 1981. — 108 с.
2. Васильева О. Ю. Структура и морфогенез шиповников при адаптации к экстремальным условиям резко континентального климата // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отд. биол., 2007. — Т. 112, вып. 3. — С. 53-57.
3. Vasileva О. Yu. Reproduction systems of representatives of the genus Rosa L. under condition of continental climate // Contemporary Problems of Ecology, 2009. — Vol. 2. — P. 361-368.
4. Барыкина P. П., Веселова P. П., Девятов А. Г., Джалилова X. X., Ильина Г. M., Чубатова Н. В.
Справочник по ботанической микротехнике: основы и методы. — М., 2004. — 312 с.
5. Бессчетнова М. В. Розы. — Алма-Ата: Наука, 1970. — 203 с.
6. Борзяк М. В., Васильева О. Ю. Гистохимические исследования побегов садовых роз и шиповников- подвоев // Состояние и проблемы садоводства России. — Новосибирск: СО РАСХН, 1997. — Ч. II. — С. 231-235.
7. Васильева О. Ю. Розы. — Новосибирск: Сибирское университетское изд-во, 2004. — 136 с.
8. Кузнецова О. В., Васильева О. Ю., Шауло Н. Д. Интродукция декоративных растений разных жизненных форм в условиях резко континентального климата Западной Сибири // Вестник ИрГСХА, 2011. -Вып. 44(1).-С. 89-96.