Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биологические особенности размножения пиона полукустарникового (Paeonia suffruticosa Andr.) прививкой

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Биологические особенности размножения пиона полукустарникового (Paeonia suffruticosa Andr.) прививкой"

На правах рукописи

Жукова Ирина Германовна

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗМНОЖЕНИЯ ПИОНА ПОЛУКУСТАРНИКОВОГО (Раеоша й^пИкоза Апс1г.) ПРИВИВКОЙ.

Специальность 03.00.05 - ботаника

Автореферат диссертации на соискание учено кандидата биологических наук ^

00345931Ь

Москва-2008

003459316

Работа выполнена в Главном ботаническом саду им. Н.В. Цицина РАН Научный руководитель: доктор биологических наук Кръстев М.Т

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Криворучко В. П., ГБС им. Н.В. Цицина РАН кандидат биологических наук Успенская М.С., МГУ им. М.В.Ломоносова

Ведущая организация:ФГОУ ВПО РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева

Защита состоитстя 2009 г. в часов на заседании

Диссертационного совета Д.002.028.01 в Главном ботаническом сада им.Н.В.Цицина Российской академии наук в конференц-зале лабораторного корпуса. Адрес: VII6, г.Москва, ул.Ботаническая, д.4, ГБС РАН Факс: 8 (495) 977-91-27

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Главного ботанического сада им. Н.В.Цицина РАН.

Автореферат разослан 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук

Виноградова Ю.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Широкое внедрение в культуру новых, малораспространенных растений с ценными декоративными свойствами, к которым можно причислить пион полукустарниковый (РлиЦгШком) и его сорта, ставит задачу изучения их способности к вегетативному размножению прививкой. Прививочная операция может быть успешна лишь в том случае, когда, наряду с наличием биологической совместимости между компонентами прививки, учитывают регенерационный потенциал и анатомическое строение подвоя и привоя с позиции их пригодности к трансплантации. Это весьма актуально при разработке технологии размножения не только Р.тДгиНсоза , но и других малоизученных видов и сортов растений, что имеет большое теоретическое и практическое значение.

Цели и задачи исследования. Цель исследования - комплексная оценка регеперационной способности подвоя и привоя и разработка технологических приемов размножения Р.зи^гийсо5а прививкой.

В соответствии с этим решали следующие задачи:

- оценить анатомические особенности компонентов прививки для подбора перспективных прививочных комбинаций и способов выполнения прививочных операций;

- на основе определения регенерационного потенциала подвоя и привоя установить оптимальные сроки выполнения прививочных операций;

- выявить влияние способа выполнения прививочных операций на результаты прививки;

- изучить регенерационный процесс в зоне срастания;

- разработать основные агротехнические мероприятия для послепрививочного сохранения и выращивания привитых растений.

Научная новизна. Впервые определены регеперационные потенциалы подвоя и привоя , что позволило объективно определить наиболее подходящие сроки прививок. Проведена оценка перспективности размножения прививкой пиона полукустарникового на подвоях, отличающихся по анатомическим признакам. На основе изучения анатомического строения компонентов прививки проведена оценка перспективности

различных способов прививочных операций и сроки их выполнения. Впервые успешно отработана методика прививки древесного растения (Paeonia suffiuticosa Andr.) на травянистое растение (Paeonia lactiflora Pall.) с учетом анатомического анализа компонентов прививки и оценки их регенерационных возможностей, которые позволили прогнозировать конечный результат с большой степенью достоверности.

Теоретическое значение. Показана возможность прогноза результатов прививки и подходящих сроков для проведения прививочных операций на основе анализа соотношения тканей привоя и подвоев и оценки регенерационного потенциала у подвоя и привоя в период вегетации.

Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы в качестве основы при подборе наиболее перспективных прививочных комбинаций, способов и сроков их выполнения. Предложенный способ «в шпунт» повышает эффективность прививочных операций и жизнеспособность привитых растений.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены в 2006 г. ла 10-й Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», Международной конференции молодых ботаников в Санкт-Петербурге и на семинарах отдела декоративных растений и отдела внедрения научно- технических достижений ГБС им.Н.В.Цицина РАН в 2002,2003,2004,2005,2006 и 2008 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Рукопись диссертации включает введение, шесть глав, заключение и выводы, список литературы. Объем 122 машинописные страницы, в том числе 6 таблиц, 36 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 135 названий, из них 42 на иностранных языках.

УСЛОВИЯ; ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Работа выполнена на экспериментальных участках ГБС им. Н.В.Цицина РАН в 2002-2007 г.г.

Объектами исследования являлись древесное растение пион полукустарниковый {Р. suffiuticosa) и травянистое растение пион молочноцветковый (P. lactiflora), принадлежащие к семейству Пионовые (Paeoniaceae L.).

1.Изучение анатомических особенностей строения вегетативных органов подвоя (2-3 летние придаточные корни P. lactiflora , 2-3 летние растения и корни P. suffiuticosa ) и привоя (однолетние побеги или 3-4 месячные побеги текущего прироста) проводили на 10 поперечных срезах для каждого из изучаемых объектов, которые брали с той части

образца, где планировалась прививочная операция. Оценивали процентное соотношение основных тканей.

2. Регенерационный потенциал у компонентов прививки определяли по методике, разработанной М.Т.Кръсгевьш, И.А.Бондоряной (1999) при помощи формулы:

5 ~ регенерационный потенциал растения в конкретном сроке, то есть способность растения восстанавливать поврежденные ткани с разной степенью интенсивности в разных сроках;

£Ni - сумма числа дней от момента проведения операции до начала каллусообразования по повторностям;

ENi - сумма числа дней от момента проведения операции до окончания каллусообразования по повторностям;

ЕВ- сумма баллов по повторностям (каллус не образуется - 0 баллов, каллус образуется и занимает 25% от площади выреза - 1 балл, 50% - 2 балла, 75% - 3 балла, 100% -4 балла);

п - число повторностей проведения операций.

Регенерационный потенциал растения считается хорошим, если величина S не превышает пяти; при S от 5 до 10 - удовлетворительным, при S больше 10 - плохой регенерационный потенциал.

3. В качестве привоев брали однолетние побеги P. suffruticosa после перезимовки или побеги в возрасте 3-4 месяцев с одних и тех же маточных растений. В качестве подвоев использовали трех- и четырехлетние растения P. suffruticosa (1 вариант), а также двух- и трехлетние придаточные корни P.lactijlora длиной 15-20см (2 вариант). На начальном этапе экспериментальной работы было выполнено 400 прививочных операций (12С - в первом варианте и 280 - во втором ), для каждого срока по 10 прививок.

Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась методом однофакторного дисперсионного анализа, рекомендованным Г.Н. Зайцевым (1984).

Экспериментальные прививочные операции выполнялись в двух вариантах по следующей схеме:

Содержание работы

Для выявления трансплантационных возможностей растений повсеместно применяют экспериментальный метод. Он основан на многочисленных опытах с большим числом повторностей, в результате которых исследователь делает вывод о наиболее перспективных способах и оптимальных сроках выполнения прививочных операций, о совместимых между собой прививочных компонентах, о послепривявочной агротехнике и т. д. В нашей работе мы предприняли попытку с помощью анализа соотношения тканей и определения их регенерационного потенциала выявить трансплантационные возможности компонентов прививки. Имея достаточно полную информацию об анатомическом строении вегетативных органов растений, структуре и местоположении отдельных тканей, можно прогнозировать результаты по приживаемости подвоя и привоя, а выявление

регенерационного потенциала позволит определить наиболее подходящие сроки для выполнения прививочных операций.

1. Анализ анатомического строения прививочных компонентов.

1.1. Изучение подвоя - сеянцев Р. хиД/гиНсоза.

С целью оценки пригодности Р. хи^гиНсоза, как одного из компонентов прививки, в данном случае как подвоя, проведен анализ анатомического строения стебля трехлетних растений.

Процентное соотношение тканей на поперечных срезах стеблей следущее: перидерма занимает 8,б± 0,1 % ( СУ=0,2% ), флоэма - 30,6± 0,2 % (СУ=0,49% ); камбиальная зона -2,2± 0,1 % (СУ= 2,0% ); ксилема - 42,8± 0,1 % (СУ=7,5%); сердцевина - 15,8± 0,2 % (СУ=5,9%) (СУ-коэффициент варьирования).

Таким образом, у Р. т$[гиисо$а - перидерма и флоэма занимают около 38-40% общего объема стебля. Учитывая это, можно предположить, что такие известные способы прививки, как Т-образная окулировка и окулировка вприклад будут малоэффективны, так как периферийные ткани слишком сильно развиты для того,чтобы технически точно выполнить прививочную операцию.

Ксилема занимает около 42- 44 %, а сердцевина — 15-16% объема стебля, но из-за плотной древесины выполнение среза для такого способа прививки, как обыкновенная копулировка, широко применяемая в плодоводстве и декоративном садоводстве, будет затруднено .

Из-за большого объема сердцевины малоперспективными окажутся такие способы прививки, как улучшенная и обыкновенная копулировка, «за кору», поскольку на срезах значительная площадь придется на сердцевину, что будет препятствовать процессу срастания.

Наличие достаточно хорошо выраженной камбиальной зоны (2% от общего объема) является положительным фактором при срастании компонентов прививки. В данном случае наиболее перспективным будет улучшенная прививка вприклад (копулировка вприклад).

Проведенный анализ трехлетнего стебля Р. зи/^гиЧсот позволил на основе процентного соотношения основных тканей предварительно выделить как неперспективные, так и перспективные способы для выполнения прививочных операций.

1.2 Изучение подвоя - двухлетнего корня Р. 5и#гШко5а.

Одним из возможных вариантов для использования в качестве подвоя могут служить не только трехлетние стебли Р.1и$гиИсо5а, но и их 2-Злетние корни. У двухлетнего корня Р.зиЦгШкоза перидерма занимает 23,4± 0,1% (СУ=3,9%); флоэма -56,3± 1,9%(СУ=6,1 %); камбиальная зона - 2,2± 0,1% (СУ=2,0%); вторичная ксилема -18,0± 0,1% (СУ=1,4%); первичная ксилема - 0,1±0,0% (СУ=3,4%) от общей площади. Площадь одних и тех же тканей у трехлетнего стебля и у двухлетнего корня существенно отлиличаются друг от друга. Периферийные ткани (перидерма и флоэма) суммарно занимают у трехлетнего стебля в среднем около 39%, а у корня — 80%, а камбиальные зоны одинаковые (2%). Такая же картина наблюдается и в процентном соотношении центральных тканей. У корня первичная ксилема занимает всего 0,1%, а вторичная ксилема - 18,0%, что в сумме составляет18,1% от общей площади, на долю же ксилемы трехлетнего стебля приходится в среднем 42,8%, а сердцевина стебля занимает! 5,8%. В результе анализа соотношения тканей установлено и впоследствии подтверждено, что по процентному соотношению тканей корень менее подходит для использования в качестве подвоя, чем стебель. Минимальный процент сердцевины позволяет выполнять такие прививочные операции, как прививка « в расщеп» и на треугольном клине .

1.3 Изучение привоя - побега Р. ¡ц/ргшкюа.

Наши исследования показали, что соотношение тканей годичного побега Р. ¡иДгиЧсоза существенно отличается от строения его трехлетнего стебля.

Соотношение тканей изученных побегов таково: перидерма - 9,8±0,1% (СУ=3,4%); флоэма - 18,0±<Ч% (СУ=3,4°/о); камбиальная зона - 8,2±1,5% (СУ=1,5%); ксилема -39,0±0,1% (СУ=3,5%); сердцевина -25,0*0,] % (СУ=4,4%).

Установлено, что доля меристематически активных тканей, определяющих ход и динамику регенерационного процесса, в среднем составляет 47,3% (камбиальная зона -8,2% и ксилема - 39,0%). Это меньше, чем совокупность тканей, не принимающих участие в регенерации, чья доля составляет почти 53%. Исходя из этого, только 47% меристематически активных тканей будут в разной степени участвовать в процессе образования послепрививочного каллуса, а почти 53% - практически не будут. Наиболее перспективными способами в данной прививочной комбинации можно считать:

- копулировку вприклад и улучшенную прививку вприклад, когда прививочную операцию выполняют на стеблях (в данном случае срезы выполняются таким образом, что меристематически неактивная сердцевина практически не затрагивается и в дальнейшем не будет влиять на процесс срастания);

прививка в расщеп и на треугольном клине, которые выполняют на часть корня Р. ьг^/гийсоза.

1.4. Изучение подвоя - придаточного корня Р. 1асйЦита.

Строение придаточного корня Р. /асйУ7огл.сущсствснно отличается от строения корня и стебля Р. ¡гфиМша. Соотношение тканей следующее: перидерма - 10,5±0,1% (СУ=3,5%), флоэма - 35,7±0,1% (СУ=3,1%), камбиальная зона, представленная камбиальными пучками, - 3,8±0,1% (СУ=3,5%), ксилема - 50,0±0,2% (СУ=6,1%). При таком соотношении тканей можно предположить, что оптимальным способом прививки в комбинациях подвой - часть придаточного корня Р.1ас11/!ога, а привой - побег Р. яи^-иЧсоза после перезимовки или в возрасте 2-3 месяцев, может быть прививка в расщеп. Этот способ широко применяется, в первую очередь, из-за легкости выполнения отдельных приемов прививочных операций, но при этом дает нестабильные результаты, что подтвервдастся как нашими, так и литературными данными (В.8е1с11,2000). Проведенное изучение прививочных компонентов позволило выявить, что процентное соотношение тканей побега, корня, стебля и т. д. имеет постоянный характер и может быть использовано как признак, позволяющий с большой степенью достоверности прогнозировать наиболее подходящие способы для выполнения прививочных операций.

1.5. Прививка в «шпунт». Для повышения эффективности прививки мы разработали новый способ, который назвали «в шпунт» (рис.1).Прививка «в шпунт» выполняется следующим образом. На подвое (фрагмент придаточного корня длиной 15 -20 см) сверху делают поперечный срез, в котором высверливают гнездо диаметром, соответствующим черенку привоя, и глубиной 0,7-1 см. В него плотно вставляют черенок привоя с предварительно удаленной корой в нижней части («шпунт» длиной 0,7-1 см). В случае, если толщина привоя не соответствует диаметру высверленного гнезда, на подвое делается разрез, как при прививке в расщеп, что обеспечивает более плотное соприкосновение тканей и повышает вероятность успешного срастания прививки.

2. Определение регенерационного потенциала компонентов прививки

При размножении растений прививкой очень важным моментом является определение регенерационного потенциала каждого из компонентов прививки для конкретного фенологического периода или календарного срока.

Полученные экспериментальные данные показали, что один и тот же изучаемый объект в разные сроки проявляет различную способность к регенерации. Например, двухлетний придаточный корень РЛайШога в конце апреля - начале мая обладает хорошей регенерационной способностью (8=4,4),а в конце июля - начале августа - очень хорошей (Э = 3,2), что свидетельствует о том, что это время наиболее благоприятно для выполнения прививочных операций в условиях средней полосы РФ. ( табл. 1).

Установлено, что побеги Р. э^й-ийсоза обладают более низкой регенерационной способностью, чем придаточные корни РДасйАога (значение регенерационного потенциала 8=6,5 - в первом сроке конец апреля; в= 4,8 - во втором - начало августа).

Таблица 1 Оценка регенерационного потенциала побегов Р-э^й^коБа и придаточного

корня РЛасиДога (в каждой повториости было по 10 образцов)

Объекты Сроки выполнения экспери- Й о В. о с: Каллусообразование, число дней Средний регене-рационный потенциал (5)

мента С Начало Окончание

I 15 35

Двухлетний Весна (30.04) II 15 38 4,4

придаточный III 17 40

корень

РЛасйЯога (подвой) Лето (20.07) I II III 10 12 13 23 28 30 3,2

Побег Р.вийгийсова после перезимовки Весна (30.04) I II III 20 24 26 52 56 58 6,5

(привой)

Трехмесячный

побег Р.я^йийсоза (привой) Лето (20.07) I II III 15 15 17 40 42 45 4,8

Поскольку значения регенерационного потенциала у придаточного корня РЛасйАога меньше, чем величина регенерационного потенциала у побега Р.Бийгийсоза , то при прививке ткани подвоя будут играть более активную роль в процессе срастания, чем ткани привоя, как в весенние, так и в летние сроки прививки. Кроме того, в весенний период привойные черенки Р.эиЯп^сска выходят из естественного зимнего покоя с более низким регенерационным потенциалом (8=6,5), чем придаточные корни

Р.1асИАога(5=4,41 и эта разница достаточно существенна, поэтому прививка в этот срок будет малоэффективна.

Те же самые компоненты прививки в конце июля - начале августа обладают достаточно высоким регенерационным потенциалом (подвой - 3,2, привой - 4,8) а в процессе срастания будут участвовать, хотя и не равноценно, но совместно, так как разница в значениях регенерационного потенциала составляет в среднем всего 1,6.

Исходя из этого, можно с уверенностью предположить, что прививочные операции, выполненные в июле-августе, будут более успешными, чем прививки, выполненные в апреле-мае.

3. Оценка эффективности прививок.

3.1 Прививка Р.з^Гпгёсоза на подвой — стебель растения Р.$и№Шсо$а.

Полученные экспериментальные данные показывают, что приживаемость прививок существенно варьирует в зависимости от способа их выполнения.

Таблица 2

Приживаемость весенних прививок Р.$и//гиИсо$а на 2-3 летние растения РлиЦтиНсоза, полученные из семян. (в каждой повторности было поЮ прививок).

Способ прививочной операции Приживаемость по повторностям * В среднем

I II III %

% % %

1 .Обыкновенная копулировка «сама на себя»(контроль) 40,0 60,0 40,0 46,7±6,7

2.«3а кору» 20,0 40,0 20,0 26,7±6,7

З.Улучшенная копулировка 20,0 40,0 40,0 33,3±13,3

4.Улучшенная прививка вприклад 30,0 40,0 50,0 40,0±7,4

Самый высокий показатель успешных прививок (46,7%) наблюдался при контрольной прививке «сама на себя», которую выполняют только способом обыкновенной копулировки. Полученный результат можно считать максимально возможным для данной

прививочной комбинации, выполненной в конкретный срок и в конкретных

*

климатических условиях (табл.2).

Прививки, выполненные способом улучшенной копулировки вприклад, можно отнести к успешным, так как их приживаемость составила 40 %. Очень низкий процент прижившихся прививок получен при таких широко используемых способах, как «за кору» - 26,7% и улучшенная копулировка - 33,3%.

Полученные данные о приживаемости прививок в контрольной прививке «сама на себя» (46,7%) подтвердили выдвинутое нами предположение, что прививка побегов Р.$и//гийсо$а чосле перезимовки на подвои - 2-3-летние растения Р.$и$гиЧсова способами «за кору» и улучшенной копулировки будет недостаточно эффективной.

3.2 Прививка Р.5и//ги11Сояа на подвой - придаточные корни Р.!асИ/1ога.

Для того, чтобы получить корнесобственное растение Рли£[пй1СО$а и его сорта, необходимо выполнить прививочную операцию, где привоем служит однолетний побег или побег текущего 2-3-месячного прироста Р.1Ц0ги1ко5а , а подвоем - 2-3 летний придаточный корень Р. \actiflora.

В экспериментах с такой прививочной комбинацией мы применили 7 способов прививки, выполненных в четыре срока. Способы и сроки их выполнения подбирали с учетом рекомендаций зарубежных и отечественных исследователей (Успенская, 2002; Миронова, 2006; Эе^сЛ, 2000).

Результаты приживаемости прививки «в расщеп» можно рассматривать как невысокие. Прививочные операции, выполненные весной (конец апреля) и ранним летом (конец июня) в открытом грунте, приживались в среднем одинаково неудовлетворительно (10% успешных прививок), а при летних (конец июля) и осенних (начало сентября) сроках -20% прививок оказались успешными(табл.З).

Низкие результаты (ниже 15%) получены при способах «за кору» (2,5%), окулировка вприклад (5,0%) и копулировка вприклад (12,5%). При прививке в боковой зарез приживаемость составляет в среднем 15%, а при весенних и раннелетних сроках — 20%; при прививке «треугольным клином» приживаемость составляет в среднем - 30%, а для раннелетних сроков — 40%; при прививке способом в «в шпунт» приживаемость составляет 40% при весенних сроках, при раннелетних - 50% и летних - 60%. Самый высокий процент успешных прививок - 80% получен при позднелетних сроках прививок в первых числах сентября.

Таблица 3

Приживаемость прививок Р. виДгиакояа

на подвой- придаточные корни Р. \actiflora

Способ Сроки выполнения прививочных операций л н о

прививки а

20 - 30 20-30 20-30 1-10 и к * к с. с к к

апреля июня июля сентября 1=1 и а и

% % % % %

В расщеп 10,0 10,0 20,0 20,0 15,0±2,9

«За кору» 0,0 0,0 10,0 0,0 2,5

Прививка вприклад 20,0 10,0 10,0 10,0 12,5±2,5

Прививка в боковой 20,0 20,0 10,0 10,0 15,0±2,9

зарез

Прививка на

треугольном клине 20,0 30,0 40,0 30,0 30,0±5,8

Окулировка вприклад 0,0 0,0 10,0 10,0 5,0±2,8

Прививка «в шпунт» 40,0 50,0 60,0 80,0 57,5±8,2

Полученное в результате дисперсионного анализа значение критерия Фишера для спообов прививки (И=49,9) намного больше, чем его табличное значение (Ртабл=3,9) так же, как и для сроков их выполнения (Р=11,8 при Ртабл=8,7), свидетельствует о том, что имеющиеся различия достоверны и являются результатом особенностей способов и сроков выполнения прививочных операций. Удовлетворительная точность опыта (Р=5%), низкая (5,1%) доля влияния неучтенных в данном опыте факторов и нормальный коэффицент вариации СУ=27,2% косвенно подтверждают вышеизложенное. Результаты дисперсионного анализа показали, что наиболее существенное влияние на приживаемость прививки оказали способы выполнения прививочных операций (их доля составляет 84,9% от общего варьирования данных).

Полученные экспериментальные данные (табл.3) свидетельствуют о том, что на основе анализа соотношения тканей и оценки регенерационного потенциала у компонентов прививки (табл.1) можно не только выбирать более перспективные способы, но, когда речь идет о малоизученных объектах, разрабатывать и предлагать новые способы для выполнения прививочных операций.

. Изучение и оценка регенерационного процесса в зоне срастания дает возможность получить объективную информацию о протекании регенерационного процесса и оценивать жизнеспособность привитых растений.

Анализируя зону срастания прививочной комбинации подвой - сеянцы Р.$и£[гиИсо5а , привой - годичный побег Р.$и//гиИсо5а, можно отметить, что спустя год после выполнения прививочной операции способом «в расщеп», основные ткани у подвоя и у привойного побега сохраняют высокую жизнеспособность, о чем свидетельствуют годичные приросты послепрививочных тканей ксилемы. В результате дифференциации каллуса в зоне срастания произошло в достаточной степени успешное соединение между тканями подвоя и привоя, особенно между их, проводящими системами, что обеспечило устойчивую физиологическую связь между ними.

Для сохранения успешных прививок, рекомендуется производить посадку с небольшим загл;олением зоны прививки, что повышает механическую устойчивость привитого растения и препятствует разлому в зоне прививки при разрастании кроны привоя. Кроме того, надо отметить, что перевод привоя на собственные корни необязателен, так как оба компонента принадлежат к одному виду и в случае успешного срастания могут существовать как единое целое.

Как мы уже отмечали, прививку на подвой — придаточные корни Р.1аспЯога, привой-годичный побег Р.8и££гийсо5а способом «в расщеп», считают наиболее простой в выполнении, позволяющей получить достаточно приемлемые положительные результаты. Наши наблюдения за прививками показали, что у большинства привитых растений регенерационный процесс заканчивается на этапе образования каллусной ткани и ее опробковения, ч~о приводит к преждевременному отторжению и в результате гибели привоя спустя 25 - 35 дней после выполнения прививочной операции. В то же время у небольшого числа прививок устанавливается устойчивая каллусная связь, что обеспечивает в какой-то степени на каком-то этапе жизнеспособность привоя.

По мере срастания в каллусе наблюдается дифференциация меристематически активных клеток, которые восстанавливают и соединяют проводящие системы. Впервые

нами было установлено, что в зоне срастания ксилема - производная камбия привойного черенка, не сохраняет характерную для тканей привоя (Р. ¡и£ГгиПсоза) структуру, а формирует типичную для придаточного корпя подвоя (Р. 1асН/1ога) крахмалосодержащую паренхиму ксилемы, пронизанную сосудами. Это свидетельствует о преобладающем влиянии в процессе срастания тканей подвоя на ткани привоя.

Прививка Р. ягфиИсояа на двухлетний придаточный корень Р. ¡асИАога, выполненная способом «в шпунт», к концу первой послепрививочной перезимовки внешне сохраняет все признаки жизнеспособности. У подвоя на верхнем срезе образовался сплошной слой каллуса (рис.2). В зоне соприкосновения тканей подвоя и привоя из каллусной ткани формируется по всей окружности заметный валик, что свидетельствует об активном и успешном участии тканей привоя и подвоя в регенерационном процессе. К этому сроку вегетативные почки (пазушная и терминальная) сохраняют свою жизнеспособность.

Проведенный аиализ прививки «в шпунт» спустя 90 дней после выполнения прививочной операции показал, что в зоне срастания регенерационно-восстановительный процесс протекает наиболее активно в самой верхней части прививки, где периферийные ткани привоя соприкасаются с камбиальными тканями верхнего поперечного среза у подвоя (рис.3). В нижней части прививки регенерационные процессы шли менее интенсивно и, в конечном итоге, на самом начальном этапе полностью останавливаются в самой нижней части «шпунта».

На основании проведенного анализа зоны срастания у прививки, выполненной способом «в шпунт», было отмечено, что длина прививочного шпунта на привое и глубина высверленного гнезда для него на подвое влияют на регенерационный процесс. Оптимальная длина шпунта и глубина гнезда - около 7-10 мм. Увеличение их размеров ведет к более быстрой гибели тканей, особенно в нижней части шпунта, а уменьшение - к чисто технической сложности при выполнении прививочной операции, так как короткий шпунт не позволяет плотно скрепить подвой с привоем.

Рис. 2. Прививка « в шпунт» Р.ви/А-иНсоза на придаточный корень РЛасНАога (А, Б):

1 - подвой; 2 - привой; 3 - каллусная ткань на поверхности среза подвоя; 4 -каллусные валики в зоне соприкосновения тканей подвоя и привоя.

Рис.3. Поперечный срез привоя Р.пфпМсойа в зоне соприкосновения с подвоем Р.1асИ/1ога при прививке способом «в шпунт»

1—перидерма; 2—флоэма; 3—камбиальная зона; 4—дифференциация тканей ксилемы; 5 - каллусная ткань, образованная привоем; 6 — каллусная ткань, образованная подвоем ; 7 — дифференциация в каллусе общей проводящей системы; В — сердцевина.

Выводы

1.Процентное соотношение тканей, участвующих и не участвующих в процессе срастания компонентов прививки, является константной величиной и составляет для годичного побега Р. зиЦгиНсоза в среднем 50-50%; для 2-Злетнего стебля Р. $\$гийсо$а - 45-55%; для 2-Злетнего корня Р. ¡тф-иЧсот 20-80% и у придаточного корня Р. 1асИ/1ога -54-46%.

2.Регенерационный потенциал каждого из компонентов прививки меняется в течение вегетационного периода, достигая максимума в конце июля — начале августа как у

подвоя (S=3,2), так и у привоя - (S =4,8), что позволяет считать этот срок оптимальным для выполнения прививочных операций.

3.Способ выполнения прививочных операций оказывает существенное влияние на приживаемость прививок Р. suffruticosa и Р. lactiflora (доля влияния 84,9%), при этом лучшие результаты получены при способе "в шпунт" (58%).

4.Имсющиеся различия в анатомическом строении компонентов прививки не препятствуют успешному срастанию подвоя с привоем. Наилучшие результаты получены в комбинации подвой - двух-трехлетние придаточные корни сеянцев Р. lactiflora , привой -2-3 месячный побег текущего прироста Р. suffruticosa.

5. Впервые установлено, что в зоне срастания прививочной комбинации (подвой -2-Злетний придаточный корень Р. lactiflora, привой - 2-3 месячный побег Р. suffruticosa) клетки каллуса - производные камбия привойного черенка дифференцируются не в характерную для тканей привоя ксилему, а формируют типичную для подвоя запасающую паренхиму ксилемы, что свидетельствует о преобладающем влиянии тканей подвоя на регеиерационно-восстановительный процесс.

Практические рекомендации

I .Наиболее подходящими в качестве подвоев для прививки Р. suffruticosa являются 2-3 летние придаточные корни сеянцев Р. lactiflora.

2. Прививка Р. suffruticosa на 2-3 летние придаточные корни Р. lactiflora , выполненная разработанным нами способом « в шпунт», дает более высокие результаты по сравнению с другими способами.

3.Оптимальный срок выполнения прививки в Московском регионе, соответствующий наиболее высокой регенерационной способности Р. suffruticosa и Р. lactiflora, - конец июля -начало августа.

4. В климатических условиях средней полосы европейской части России рекомендуется использовать придаточные корни Р. lactiflora в качестве подвоя только в том случае, если привитые растения после выполнения прививочной операции содержатся не в открытом грунте, а в теплице при температуре 25-30°С и влажности 90-100%..

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Жукова И.Г. Прививка древовидного пиона (Paeonia suffruticosa Andr.) -Анатомическая оценка и прогноз. // Общие вопросы ботаники. Сборник статей молодых ученых, посвященный 60-летию Главного ботанического сада им. Н.В.Цицина РАН. М.: Геос, 2005, с.5 -9. (соавт. Рябченко A.C.);

2. Жукова И.Г. Определение регенерационного потенциала у компонентов межвидовой прививки древовидного пиона (Paeonia suffiuticosa Andr.) на корни травянистого пиона (Paeonia lactiflora Pall.). // Общие вопросы ботаники. Сборник статей молодых ученых, посвященный 60-летию Главного ботанического сада им. Н.В.Цицина РАН. М.: Геос, 2005, с.Ю -12 (соавт. Седов Г.А.);

3. Жукова И.Г. Новый способ размножения древовидного пиона прививкой. // М., Доклады ТСХА, 2006, В 278, с. 366 - 368.

4. Жукова И.Г. Прогноз результатов прививки по анатомическому анализу внутреннего строения тканей подвоя и привоя. Коллективная монография, выпуск 1, Москва 2008г.( соавт.Кръстев М.Т.)

5. Жукова И.Г. Прививка древовидного пиона (Paeonia suffiuticosa Andr.) -Анатомическая оценка и прогноз. Вестник Крас ГАУ выпуск 1, Красноярск 2008г..с.52-56

6. Жукова И.Г. Экспериментальная оценка эффективности древовидного пиона (Paeonia suffiuticosa Andr.) на сеянцы древовидного пиона .//Современные проблемы ишродукции и сохранения биоразнообразия.Материалы Международной научной конференции, посвященной 70-летию Ботанического сада. Воронеж, 26-29 июня 2007г.; с.2°2-294.(соавт. Кръстев М.Т.,Бондорина И.А., и др.)

7. Жукова И.Г. Прививка древовидного пиона (Paeonia suffiuticosa Andr.) на корни травянистого пиона (Paeonia lactiflora Pall.) //Теоретические и прикладные аспекты интродукции растений как перспектиного направления развития науки народного хозяйства //. Материалы Международной научной конференции, посвященной 75-летию со дня образования Центрального ботанического сада HAH Беларуси Минск 12-15 июня 2007 года. Том1, с. 186-188.(соавт. Кръстев М.Т.,Бондорина И.А., и др)

1,25 печ. л.

Зак. 643.

Тир. 100 экз.

Издательство РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44 Тел.: 977-00-12, 977-40-64

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Жукова, Ирина Германовна

Введение.

Глава 1. Современное состояние вопроса.

1.1. Обзор зарубежной литературы.

1.2. Обзор отечественной литературы.

Глава 2. Объекты, цели, задачи, методика и место исследования.

Глава 3. Анализ анатомического строения прививочных компонентов.

3.1. Изучение подвоя — сеянцев Paeonia suffruticosa.

3.2. Изучение подвоя — двухлетнего корня

P.suffruticosa.

3.3. Изучение привоя — побега P.suffimticosa.

3.4. Изучение подвоя — придаточного корня P.lactiflora.

Глава 4. Определение регенерационного потенциала у компонентов прививки - стебля P.suffruticosa и придаточного корня

P.lactiflora.

Глава 5. Экспериментальная оценка эффективности прививок

5.1.1. Прививка P.suffruticosa на его же сеянец.

5.1.2.Прививка Р.suffruticosa на придаточные корни P.lactiflora.

5.1.3. Выживаемость yi^wbobok P.suffruticosa на придаточные корни P.lactiflora.

Глава 6 Изучение зоны срастания.

6.1.1. Прививочная комбинация: подвой — сеянцы P.suffruticosa', привой — годичный побег P.suffruticosa.

6.1.2. Прививочная комбинация: подвой — придаточные корни

P. lactiflora); привой — годичный побег P. suffruticosa).

Введение Диссертация по биологии, на тему "Биологические особенности размножения пиона полукустарникового (Paeonia suffruticosa Andr.) прививкой"

Среди популярных и редких декоративных растений древовидному пиону и его сортам принадлежит особое место.

Во многих странах мира (Китай, Япония, страны Западной Европы и др.) из группы редких экзотических растений в настоящее время Раеоша з^тиисоза уверенно перешел в группу экономически оправданных, перспективных промышленных культур.

В нашей стране Р.з^йтдйсоБа, или полукустарниковый пион, известен меньше, особенно в средней Европейской части и Нечерноземной зоне, и практически нигде его не культивируют. Есть некоторый многолетний опыт по агротехнике выращивания и селекции в Никитском ботаническом саду (г. Ялта) и ботаническом саду МГУ им.Ломоносова (г.Москва), который убедительно показал, что они могут с успехом произрастать при наличии разного типа укрытия на зиму и со временем занять достойное место в декоративном садоводстве. На сегодняшний день в ботанических садах, в том числе и в ГБС им.Н.В.Цицина РАН, практически отсутствуют коллекции сортов Р.зийпйсоБа . Это прежде всего связано с недостаточной изученностью культуры данного вида, а также в отсутствии надежной технологии размножения в условиях средней полосы России.

В настоящее время работа по внедрению интересных видов и сортов Р.БиГйпйсоза опережает выводы и рекомендации исследователей. Предварительное анатомическое изучение подвоя и привоя позволит не только разработать основные приемы технологии размножения этих растений с помощью прививок, но и расширит научное понимание регенерационных процессов в зоне срастания, когда в качестве компонентов прививки участвуют части растений, абсолютно различные по анатомическому и морфологическому строению, такие как годичный побег Р.зи1Тгийсоза и придаточные корни РЛасШога.

В нашей стране, в основном, распространены сорта травянистых пионов (их около тысячи), о которых написано много научных и научно-популярных работ по селекции и классификации, агротехнике выращивания и способах вегетативного размножения (Краснова, 1971; Ипполитова, 1985; Успенская, 2001, 2002 и др.).

Ранее пион относили к семейству Лютиковые (Капипси1асеаё), а сейчас его выделили в отдельное семейство Пионовые {Раеотасеаё). Классификацию внутри рода неоднократно пересматривали, и до сих пор она все еще окончательно не установлена. Род пион (Раеота Ь.) насчитывает, по разным источникам, от 40 до 47 видов, возникших в процессе эволюции растений.

Современные систематики считают Р.зггРйтдйсоза одним из древнейших представителей цветковых, или покрытосеменных растений, о чем свидетельствует несовершенство аппарата размножения, большой эндосперм, низкая энергия прорастания семян, неопределенное число тычинок, плод - листовка и длительный цикл формирования взрослого растения - 5-7 лет.

Род пион включает в себя многолетние корневищные травы, которые обычно называют травянистыми пионами, и листопадные кустарники. Кустарниковые виды (к ним относят и Р.БиГйтдйсоза) мало распространены, тем не менее некоторые авторы, характеризуя особенности индивидуального развития (онтогенеза), с оговорками его присоединяют к травянистым пионам (Кичунов, 1931).

У травянистых пионов зимой надземная часть полностью отмирает, и растение сохраняется в виде корневища - многолетнего подземного видоизмененного стебля, на котором образуются почки возобновления. Из почек весной следующего года вырастают новые побеги. Корневая система состоит из подземного корневища и утолщенных корней (корнеклубней), придаточных корешков. Корнеклубни бывают разнообразной формы: цилиндрические, веретеновидные, шишкообразные, коричневой и буро-коричневой окраски. Их части используют как посадочный материал (деленки). У некоторых сортов и гибридов почки возобновления развиваются на придаточных корнях, в которых откладываются запасные питательные вещества, но, как правило, почки возобновления закладываются только на корневище (Успенская, 2001).

Ботаническая характеристика древовидных пионов.

Древовидные пионы (Р. siiffruticosa Andr.) - полукустарники с крупными, диаметром до 30 см, душистыми цветками. Естественный ареал этих видов располагается в Восточной Азии, в основном в Китае. Они хорошо растут в культуре на солнечных, защищенных от ветра местах с дренированной глинисто-дерновой, удобренной перегноем и достаточно увлажненной почвой. Зимостойки в средней полосе и на северо-западе нашей страны, в суровые зимы нуждаются в легком укрытии. Следует отметить, что корневая система отличается меньшей холодоустойчивостью, чем стебель.

P.suffruticosa в течение всего вегетационного периода и жизни сохраняют кустовую форму, типичную для лиственных древесных растений. Степень обмерзания побегов зависит как от климатических условий, так и от места произрастания. В условиях средней полосы России одревесневает и достаточно хорошо переносит низкие минусовые температуры только нижняя часть побегов, что никак не влияет на цветение растений. Тибетская же форма пиона желтого {Р.lutea Delav, ex Franch.) морозоустойчива и может зимовать без укрытия (Капинос, Дубров, 2001).

P.suffruticosa, выращенный из семян, к концу первого года жизни имеет один, реже два листа, которые полностью отмирают, а почки возобновления закладываются в нижней части побега. Из них на 2-й год образуется стебель 20-3 Осм высотой, а к концу вегетационного периода формируется хорошо выраженная верхушечная почка. На 3-й год у растений развивается еще два-три побега, к концу лета достигающие высоты первичного побега, и таким образом образуется полноценный куст. На 4-5-й год растение зацветает, что не препятствует первичному побегу расти в длину из верхушечной почки. С окончанием цветения происходит отмирание генеративного побега до верхних пазушных почек, т.е. идет замена главной оси боковыми.

Цветки на каждом побеге одиночные, крупные, верхушечные, обоеполые. Околоцветник двойной. Чашечка зеленая, неопадающая, чашелистиков -5. Цветки немахровые, полумахровые, махровые, очень крупные. Лепестков от 5 до 10, реже до 13, крупные. В отличие от других видов основания лепестков Р.Б^бпйсоза имеют фуксиновое пятно. Окраска цветков - красная, розовая, белая или желтая. Тычинок много (от 200 до 300-500), они срослись основаниями. В центре цветка размещаются плодолистики, заканчивающиеся рыльцами. Плодолистиков обычно бывает два-пять, иногда до 13. Плод - многолистовка (Жуковский, 1940).

Стебли от 0,5 до 2,0 м высотой, цилиндрические или слегка сплюснутые, голые или слабоопушенные, гладкие или ребристые, зеленые, сизые или с антациановым оттенком.

Листья разнообразные по форме и рассеченности, сложные, степень рассеченности листовой пластинки может варьировать. У растений некоторых видов листья дважды-тройчаторассеченные с цельными сегментами, у других - дважды- и триждытройчатые, расположение очередное, цвет листьев варьирует от зеленого до сизоватого. Листья с нижней стороны опушенные или голые. Все эти особенности придают растениям Р.згЖийсоБа дополнительную неповторимую декоративность.

История культивирования травянистых и древовидных пионов.

История культивирования травянистых пионов уходит в далекое прошлое в Китай и Японию, где они введены в культуру не позднее I века н.э. не только как съедобное и лекарственное, но и как декоративное растение. Древовидные же пионы в Китае культивировали с VII века, где их глубоко почитали и считали царским цветком, так как в основном выращивали возле дворцов. Китайские садовники первыми начали селекционную работу с этой культурой. Предположительно в начале XVIII века китайские монахи-буддисты завезли древовидные и травянистые пионы в Японию, где были созданы сорта, отличающиеся особой изысканностью и изяществом форм простых, немахровых цветков. Китайская же селекционная линия характеризуется крупными махровыми цветками. Эти два направления в селекции, по форме цветка, сохранились и до наших дней. В начале XIX века древовидные пионы попали во Францию и другие страны Западной Европы, откуда впоследствии - в Америку и Австралию (Wister, 1955).

Одним из первых в Европе, кто начал селекционную работу с древовидными пионами, был француз Л.Генри, который в результате многократных скрещиваний между Р.lutea и имеющимися у него китайскими сортами древовидных пионов, вывел сорт 'Сувенир де Максима Корни' с махровыми желтыми цветками. В европейских ботанических садах широко культивировали найденный в Тибете и выращенный из семян пион желтый {Р.lutea).

В.Лемуан и Э.Лемуан во Франции в 1935 году совершили удачное скрещивание P.suffruticosa и Р.lutea. Профессор Саундерс успешно скрещивал японские сорта древовидных пионов с пионом желтым (Р. luted), пионом Делавея (P. delavayi) и пионом Потанина (P. potanini).

Л. Смирнов в Америке издал каталог древовидных пионов по результатам своих исследований коллекции растений в Китае,

Японии и Корее. В Японии он открыл сорта японского селекционера Т. Ито, получившего межсекционные гибриды древовидного пиона и травянистого пиона с белыми махровыми цветками. В дальнейшем работы по выведению новых сортов древовидных пионов продолжены У. Гратвиком и Н.Дафнисом.

В Россию древовидные пионы привезли из Прибалтики в Петербургский ботанический сад в 1858 году и почти 80 лет их выращивали как горшечную культуру в холодных оранжереях. Древовидные пионы долго считали неперспективными. Это было связано с тем, что большая часть растений поступала из стран Европы с более мягким климатом. Многие экземпляры в условиях средней полосы России из-за очень низких температур погибали.

В Ботаническом саду МГУ им. М.В.Ломоносова интродукцией и селекцией древовидных пионов стали заниматься с 1951 года А.А.Сосновец и В.Ф. Фомичева, а М.С.Успенская с 1967 года успешно продолжает эту работу. В коллекции МГУ имеется большое количество сортов пиона древовидного. М.С.Успенская разработала перспективную, интенсивную технологию проращивания семян древовидного пиона, что позволило сократить период выращивания селекционных сеянцев до зацветания на один-два года. Но семенное размножение, к сожалению, не позволяет полностью сохранить чистоту сортового посадочного материала. Из-за трудностей вегетативного размножения сорта древовидного пиона не получили широкого распространения. Это и определило основное направление нашей работы.

Заключение Диссертация по теме "Ботаника", Жукова, Ирина Германовна

Выводы

1. Процентное соотношение тканей, участвующих и не участвующих в процессе срастания компонентов прививки, является константной величиной и составляет для годичного побега Р. зифтийсот в среднем 50-50%; для 2-3летнего стебля Р. згф-иИсояа - 45-55%; для 2-3летнего корня Р. яи^гиИсоха 20-80% и у придаточного корня Р. 1асй/1ога -54-46%.

2. Регенерационный потенциал каждого из компонентов прививки меняется в течение вегетационного периода, достигая максимума в конце июля — начале августа как у подвоя (8=3,2), так и у привоя -(8=4,8), что позволяет считать этот срок оптимальным для выполнения прививочных операций.

3. Способ выполнения прививочных операций оказывает существенное влияние на приживаемость прививок Р. 8и//гиисо8а и Р. 1асй/1ога (доля влияния 84,9%), при этом лучшие результаты получены при способе «в шпунт» (58%).

4. Имеющиеся различия в анатомическом строении компонентов прививки не препятствуют успешному срастанию подвоя с привоем. Наилучшие результаты получены в комбинации подвой — 2-Злетние придаточные корни сеянцев Р. 1асИ/1ога , привой - 2-Змесячный побег текущего прироста Р. Бц^гШгсоБа.

5. Впервые установлено, что в зоне срастания прививочной комбинации (подвой — 2-3летний придаточный корень P.lactiflora, привой - 2-3 месячный побег P.suffruticosa) клетки каллуса -производные камбия привойного черенка, дифференцируются не в характерную для тканей привоя ксилему, а формируют типичную для подвоя запасающую паренхиму ксилемы, что свидетельствует о преобладающем влиянии тканей подвоя на регенерационно-восстановительный процесс.