Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Георгины из семян. Изучение сортовых и гибридных смесей, микроклональное размножение

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Георгины из семян. Изучение сортовых и гибридных смесей, микроклональное размножение"

1 , I V . I

На правах рукописи

ШУМИХИН СЕРГЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

ГЕОРГИНЫ ИЗ СЕМЯН. ИЗУЧЕНИЕ СОРТОВЫХ И ГИБРИДНЫХ СМЕСЕЙ, МИКРОЮГОНАЛЬНОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ

03.00.05.-ботаника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Пермь -1998

Работа выполнена на кафедре ботаники и генетики растений Пермского сударственного университета

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор биологических наук, профессор В.А. Верещагина.

доктор биологических наук, профессор Л. И. Орел, кандидат биологических наук, доцент Т.П. Ларькина.

Ботанический сад Уральского отделения РАН (Екатеринбург)

Защита диссертации состоится 24 марта 1998 года в 15 часов на заседаш диссертационного совета К 063.59.09 в зале заседаний Ученого совета Псрмско: государственного университета, по адресу: 614000, г. Пермь, ул. Букирева, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государс венного университета.

Автореферат разослан й " л < < 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета к.б.н., доцент

Н.Л. Колясникова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В природно-климатических условиях Урала оргина культурная (Dahlia х cultorum Thorsr. et Reis.) относится к де-»ративным многолетникам открытого грунта, наиболее часто исполь-емым для озеленения (Мамаев, 1982). Однако из 10-15 тысяч сущест-■ющих сортов георгины выращивается лишь незначительная часть. По-ому в культурной популяции георгины наблюдается снижение адапта-юнных способностей и уменьшение генетического разнообразия [щенко, 1987). В связи с этим весьма актуальны мобилизация зарубежно сортового материала, его интродукционное изучение и использова-ie в качестве исходного материала для селекции.

Выращивание георгины возможно в однолетней культуре путем ее менного размножения. В наших условиях это весьма перспективно, так >к сеянцы зацветают в год посева и отпадает необходимость хранения фнеклубней, что упрощает и удешевляет выращивание посадочного ма-риала. За рубежом семенное размножение D. х cultorum стало обычным. 1талоги европейских семеноводческих фирм ежегодно предлагают от 7 > 13 наименований семян георгины из наиболее ценимых садоводами упп - помпонных, декоративных, воротничковых и кактусовых. В на-ей стране этот опыт, к сожалению, не получил распространения и семе-1ми возобновляют лишь смесь немахровых георгин, известную под на-анием 'Веселые ребята'.

В получении новых сортов георгин основная роль отводится методу бридизации. Перспективна гетерозисная селекция, с помощью которой |здают высокодекоративные гибридные смеси. Однако ее применение ;ерживается тем, что отсутствуют точные сведения о биологии цветения опыления георгины; не исследованы многие вопросы семенного раз-жжения и семенной продуктивности D. х cultorum.

Размножение семенами значительно увеличивает генетическое раз-юбразие георгины. В то же время сортовой материал нуждается в веге-тивном размножении, которое обычно осуществляют делением корне-¡убней и черенкованием. Однако возможности данных способов вегета-[впого размножения ограничены, а коэффициент размножения низок. У да цветочно-декоративных растений эта проблема решается использо-нием микроклонирования в условиях in vitro (Murashige, 1980). Воз-эжность микроклоналыюго размножения D. х cultorum детально не изу-;на, хотя первые данные о возможности культуры тканей георгины [убликованы еще в 1952 г. (Morel, Martin, 1952). Разработка методики жроклонирования георгины актуальна и по другим причинам. Среди

них - возможность размножения круглый год, создание банков ткане позволяющих быстро реагировать на любой спрос.

Таким образом, практически неизученными у георгины являют вопросы семенного размножения и семенной продуктивности, цветения опыления. Назрела необходимость в привлечении к селекции зарубежн го сортового материала и в разработке методики микроклонального ра множения D. х cultorum. Постановка этих вопросов нам представляет весьма актуальной.

Цель и задачи исследований. Цель нашего исследования была о ределена следующим образом: изучить возможности семенного ра множения георгины в условиях Предуралья; оценить сортовые и гибри, ные смеси D. х cultorum, семена которых предлагают западные семен водческие фирмы; разработать методику микроклонального размножен! для получения массового посадочного материала наиболее интереснь форм.

При выполнении работы мы выделяли следующие конкретные зад

чи:

- изучить фенологию, цветение и опыление георгины в условш Предуралья;

- определить семенную продуктивность георгины и фактор! влияющие на нее; выявить особенности семенного размножения разнь: садовых групп D. х cultorum;

- провести сравнительное интродукционное изучение сортовых гибридных смесей георгины, выращенных из семян зарубежной селе) ции;

- изучить влияние сроков посадки и погодных условий на рост развитие растений;

- оптимизировать этапы микроклонального размножения георгины

- исследовать регенерационные способности разных клонов георп ны в условиях in vitro.

Научная новизна. В результате проведенных исследований детал1 но изучено цветение и опыление георгины. Установлена хорошо выр: женная дихогамия в форме протерандрии; описана стадия выдвигани пыльниковых трубок. Эта стадия, четко выраженная морфологически, н была описана прежде. Наблюдения за ходом цветения трубчатого цветк показали, что промежуток времени между тычиночной и рыльцевой стг дней цветения (2-24 ч) гораздо короче, чем это описывается в литератур (1-2 суток). Продолжительность цветения соцветия определяется темпе ратурой воздуха за период его цветения. Впервые проведено сравнени родительских форм с потомками, полученными при их самоопылении, п комплексу качественных и количественных признаков. Для городски условий впервые приводится список посетителей соцветий георгины. 1

яего вошли 19 видов из 5 отрядов насекомых. В опылении D. х cultorum эсновная роль принадлежит перепончатокрылым и двукрылым. Оценена возможность осуществления насекомыми самоопыления соцветий. Исключено ветроопылеиие и апомиктическое размножение георгины. Опи-:ана предложенная нами методика искусственной гибридизации, включающая кастрацию трубчатых цветков и изоляцию соцветий.

Впервые наиболее полно изучена семенная продуктивность георгины. Между разными классами D. х cultorum обнаружены различия в потенциальной и реальной семенной продуктивности. Выявлено существенное влияние погодных условий во время цветения соцветий на количество завязывающихся при свободном опылении семян, что подтверждено статистической обработкой данных, включая дисперсионный ана-пиз. Определена реальная семенная продуктивность георгины в расчете на одно соцветие и на растение. Установлено, что семена георгины не нуждаются в покое, а их положение в корзинке не влияет на посевные качества.

В природно-климатических условиях Предуралья впервые проведено интродукционное изучение сортовых и гибридных смесей георгин, выращенных из семян. Выявлено влияние сроков посева семян и погодных условий на развитие растений и их декоративные качества; проведено сравнение потомства от свободного опыления георгин разных классов с исходными формами.

В условиях in vitro впервые изучены регенерационные способности разных клонов георгины; для оптимизации питательной среды по составу фитогормонов использован симплекс-метод планирования эксперимента. Обнаружено снижение способностей клонов к регенерации и повышение их склонности к ризогенезу в зависимости ог возраста культуры. Предложены приемы для перевода растений из условий in vitro в in vivo. На основании проведенных исследований определены особенности всех этапов микроклонального размножения применительно к георгине.

Теоретическая и практическая ценность работы. Изучение морфологии цветков и соцветий георгины позволяет внести уточнения в описание строения краевых цветков. По строению венчика - они ложноязыч-ковые, а не язычковые, как это указано в большинстве работ. По нашему мнению, это уточнение имеет принципиальное значение. При изучении соцветий георгин из класса воротничковых обнаружено, что так называемый "воротничок" образован уплощенными и расширенными столбиками и рыльцами наружного единственного ряда ложноязычковых цветков, а не является вторым рядом ложноязычковых цветков, как это считалось ранее. Таким образом, ложноязычковые цветки воротничковых георгин бесплодны, а в целом их соцветия следует отнести к однорядным.

При изучении цветения и опыления георгины обнаружена возмож ность самоопыления в пределах соцветия, что необходимо учитывать пр: искусственной гибридизации. Предложенная нами последовательност операций при постановке скрещиваний исключает самоопыление в со цветиях и важна для гетерозисной селекции.

Изучение семенной продуктивности георгин, принадлежащих к раз ным классам, дало возможность оценить эффективность их семеноводст ва в природно-климатических условиях Предуралья. Сеянцы, выращен ные из семян от свободного опыления и самоопыления, высоко декора тивны и могут быть использованы как в озеленении, так и в качестве ис ходного материала для селекции.

Результаты изучения выращенных из семян сортовых и гибридны смесей георгины зарубежной селекции позволили нам рекомендовать и для использования в массовом озеленении, для срезки и в качестве ис ходного материала в селекционных целях.

Разработанные нами детали отдельных этапов микроклонировани позволяют значительно увеличить коэффициент размножения георгинь: Эта методика может успешно использоваться при получении большог количества однородного и генетически стабильного посадочного мате риала.

Основные положения, выдвигаемые для защиты. Анализ попу ченных результатов позволяет нам выдвинуть следующие положения дл защиты.

1. Георгина (Dahlia х cultorum Thorsr. et Reis.) - преимущественн самоопыляющееся растение с сохранившейся способностью к ксеногг мии. Ксеногамии способствует хорошо выраженная протерандрия труб чатого цветка; рыльцевая стадия наступает в зависимости от экологиче ских условий через 2-24 ч после окончания тычиночной. Ксеногамия pes лизуется с помощью насекомых (перепончатокрылых и двукрылых). Се моопыление в форме гейтоногамии обеспечивают: плотное расположен« трубчатых цветков на ложе корзинки и совпадение тычиночной и пес тичной фаз у цветков соседних рядов, что делает возможным контакт рь: лец одного ряда цветков с пыльцой соседних; деятельность насекомьп обследующих все цветки корзинки и опыляющих цветки, которые нахс дятся в пестичной фазе.

2. Георгина характеризуется самосовместимостью и отсутствие апомиксиса, что, в сочетании со знанием особенностей опыления, позве ляет создавать схемы искусственной гибридизации с прогнозируемым ре зультатом.

3. В условиях Предуралья возможно получение зрелых семян геор гины при различных вариантах искусственного и естественного опыле ния. Семена обладают высокими посевными качествами.

4. Семенная продуктивность георгины при свободном опылении со-лветий достаточна для возобновления исходных популяций. Лимитирующим фактором, снижающим семенную продуктивность, являются неблагоприятные погодные условия, которые уменьшают активность опылителей.

5. Изученные нами сортовые и гибридные смеси георгины зарубеж-шх фирм, выращенные из семян, в наших условиях высоко декоративны I мы рекомендуем их для использования в озеленении и для срезки. Как юказало изучение, декоративные качества растений в основном сохра-1яются в первом и втором поколениях после свободного опыления сочетай. Таким образом, возможно, наряду с семенами, поставляемыми 13-эа рубежа, использовать семена местной репродукции и вести селек-щонную работу на этой основе.

6. Используя методику микроклонирования, модифицированную тми для георгины, можно быстро и эффективно размножать отселекти-юванный материал; генетическая однородность клопового материала :оздает основу для создания новых сортов. Разные клоны, как установле-ю, отличаются по способности к регенерации и ризогенезу, что опреде-1яет направление наших дальнейших исследований в этой области.

Апробация работы, публикация результатов. Результаты исследований (вкладывались на научных конференциях в Пермском государственном уни-¡ерситете, на Международном симпозиуме "Проблемы репродуктивной биоло-ии растений" (Пермь, 1996), на V Межвузовской конференции студентов и ас-шрантов "Экология: проблемы и пути решения" (Пермь, 1997). Материалы ис-аедований представлены в 4 опубликованных работах.

Структура II объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, 1ыводов, списка литературы, приложения. Текст изложен на 144 страницах. Спи-:ок литературы включает 101 наименование отечественных и 37 зарубежных ав-оров, Приложение содержит 40 таблиц, 3 рисунка.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность рассматриваемых вопросов.

В первой главе дан обзор литературы, включающий ботаническую харак-еристику и историю интродукции В. х сиНогит; рассмотрены способы выращи-;ания, размножения и использования современного ассортимента георгины, ос-ювные направления ее селекции и методы создания исходного материала. Изу-[ение литературы показало, что многие стороны биологии, экологии, происхождения георгины исследованы довольно полно. Разработаны методы агротехники, ¡егетативного размножения и сортооценки. Вместе с тем, к числу слабо или во->бгце неизученных следует отнести многие вопросы семенного размножения и шкроклонирования. Противоречивы мнения авторов, касающиеся системы раз-

множения георгины, некоторых особенностей морфологии, а также экологии цве тения и опыления.

Во второй главе названы место, объекты и методы исследований. Исследс вания проведены в 1995-1997 гг. на территории Ботанического сада Пермског госуниверситета и на базе лаборатории цитологии и генетики кафедры ботаник и генетики растений ПГУ.

Исходным материалом для исследования служили семена, получен ные от селекционно-семеноводческих фирм Unwins (Англия), Thompso & Morgan (Англия-США); Ferry-Morse Seeds (США). Изучено 9 сортовы: и гибридных смесей георгины: 'Unwins Dwarf Hybrids', 'Unwins Dwat Mixed Colors', 'Pompone Mixed'(T.&M.), 'Giant Hybrids Mixed', 'Unwin Gypsy Dance', 'Pompon Mixed'(Unwins), 'Cactus Hybrids Mixed', 'Hurs Dandy', 'Showpiece Mixed Hybrids'. Кроме того изучались смес 'Карликовые', 'Помпонные', 'Кактусовые', полученные нами из семян о свободного опыления растений. Также в условиях in vitro культивирова ли георгины сортов 'Тартан', 'Рекорд Бернар', 'Надежда', 'Велта Рукс! 'Префе-Деманж', 'Экзотика', а также сеянцы из сортовых и гибридны смесей D. х cultorum, обозначенные нами кодовыми символами : 0, 3, ' 8, 192, 202.

Посев семян в ящики с почвой проводили 15-го марта. Сортову! смесь 'Pompon Mixed' (Unwins) в 1997 г. высевали в пять сроков: 15-г марта, 1-го апреля, 15-го апреля, 30-го апреля, 15-го мая. Посев в по следний срок проводили в открытый грунт. В фазе двух-трех пар настоя щих листьев сеянцы пикировали в отдельные емкости объемом 0,5 j Прищипку верхушек побегов проводили над 4-5-м узлом. В открыты грунт растения высаживали 15-16-го июня.

Посадку производили в узкие гряды длиной 4,5 м и 9 м и ширино 45 см. Расстояние между грядами 75 см. Растения размещали в шахмат ном порядке в два ряда на расстоянии 70 см друг от друга.

Агрофон испытательного участка выровненный. Перед посадкой вносил полное минеральное удобрение в расчете 480 г на гряду длиной 9 м. До зацвет; ния растений проводили по 2-4 подкормки полным минеральным удобрением г 225 г на гряду длиной 9 м. Уход за посадками заключался в поливе, рыхленш прополке и подвязке побегов к опорам. Растения не пасынковали, а отцветил соцветия не удаляли. Выкопанные корнеклубни хранили в опиле при +3-5° С ил при +12-15° С. Весной 15-го мая корнеклубни высаживали в открытый грунт. Д/ черенкования их подращивали. Срезанные черенки укореняли в воде.

Для интродукционного изучения использовалась методика, разработанная ГБС (Цветочно-декоративные..., 1983). Описания растений проводили 4 раза : сезон через 10 дней с 1-го августа по 10-е сентября. Фенологические наблюден! вели по методике, описанной И.Н. Бейдеман (1974). Результаты, полученные д; отдельных растений, усредняли для смесей в целом.

Антэкологнческие исследования проводились на первом году жизни расте-ий по методике А.Н. Пономарева (1960). Для определения системы размножения горгины были поставлены опыты, которые предусматривали разные варианты пыления. При изучении семенной продуктивности георгины использовали мето-ику И.Ф. Сацыперовой (1993). Посевные качества семян оценивали по методике, писанной М.К. Фирсовой (1969, 1981). Лабораторную всхожесть определяли по равилам и в сроки, указанные в ГОСТ 24933.0-81 (1991), ГОСТ 24933.2-81 1991).

При микроклонировании георгины использована модель размножения, ос-ованная на пролиферации боковых побегов (Высоцкий, 1986). В качестве пер-ичных эксплантов брали неодревесневшие части побегов с одним узлом, а акже верхушки пасынков, взятые из нижней и средней части растений, ыращенных в грунте. Кроме того на питательных средах проращивали емена, полученные при свободном опылении георгин.

Стерилизацию материала, посуды, питательных сред, инструментов и обо-удования производили по общепринятым методикам (Бутенко, 1964). Для куль-ивирования георгины in vitro использовали твердую питательную среду с мине-альной основой по Т. Murashige и F. Skoog (1962), витаминами по Р.Г. Бу-енко (1964), 2% сахарозой, 0,7-0,8% агар-агаром. Исследовали влияние а культуру георгины индолилуксусной кислоты (ИУК) в концентрациях ,5; 0,75 мг/л и 1 мг/л, кинетина (К) в концентрациях 0,04; 0,06 мг/л и ,08 мг/л, гибберелловой кислоты (ГК) в концентрациях 0,08; 0,12 мг/л . 0,16 мг/л и кокосового молока (15 мг/л). Стимуляторы роста добавляли культуральные среды перед их стерилизацией. Оптимизацию питательной реды для размножения по составу фитогормонов проводили с помощью сим-лекс-метода планирования эксперимента (Саутин, Пунин, 1991). Контролем лужили растения, выращенные на средах того же состава, но при отсутствии ре-уляторов роста. Повторность опытов двухкратная.

Растения in vitro находились в условиях круглосуточного освещения юминесцентными лампами интенсивностью 1000-3000 люкс при температуре +22 - 24°С. Абсолютный прирост побегов и корней измеряли с перио-;ичностью 7 дней, количество узлов - перед каждым пассажем. Клоновый мате-'иал был описан и изучен после высадки в открытый грунт.

Полученные результаты обрабатывали методами вариационной стати-тики (Шеффе, 1980; Доспехов, 1985) с использованием программ Super-"alc 4 (version 1.00), Statgraphics (version 3.0).

В третьей главе изложены результаты исследований и проводится их об-уждение.

Цветение и опыление. Изучение морфологии цветков и соцветий георгины юзволило внести уточнения в отдельные детали их строения, которые имеют, по юшему мнению, принципиальное значение. Установлено, что краевые цветки 'ожноязычковые, а не язычковые, как это указано в большинстве работ, бнаружено, что так называемый "воротничок" у георгин из класса

воротничковых образован уплощенными и расширенными столбиками и рыльцами наружного единственного ряда ложноязычковых цветков. Таким образом, ложноязычковые цветки воротничковых георгин бесплодны, а в целом их соцветия следует отнести к однорядным. Кроме того при исследовании ложа соцветий установлено строго спиральное расположение цветков в корзинках, а не круговое, как это указывается большинством авторов.

Первыми в корзинках зацветают краевые ложноязычковые цветки. Вслед за ними 110 одному-два ряда в день распускаются обоеполые трубчатые цветки. Продолжительность цветения однорядных и полумахровых соцветий составляет 4-10 суток. Она зависит от средней температуры воздуха за период цветения. В исследованном диапазоне температур от +б°С до +22°С коэффициент корреляции равен -0,52.

Ход цветения трубчатых цветков можно разделить на 4 стадии. Раскрывание бутонов (1 стадия) происходит в 5-10 ч утра. В течение 4-5 ч выдвигаются пыльниковыс трубки (2 стадия). Вскрывание пыльников (3 стадия) происходит в 10-12 ч, а еще через час начинается преподношение пыльцы, которое регулируется скоростью роста столбика, выталкивающего пыльцу из пыльниковой трубки. Расхождение лопастей рылец (4 стадия) свидетельствует о наступлении рыльце-вой стадии цветения трубчатого цветка. При температуре воздуха около +20° С она начинается в 13-19 ч того же дня, а при температуре +11-14° С - в 12-17 ч на следующие сутки. В последнем случае в течение 4-5 ч в соседних рядах трубчатых цветков наблюдается совмещение тычиночной и рыльцевой стадий. Таким образом, трубчатые цветки у георгины протерандричны; рыльцевая стадия наступает в зависимости от экологических условий через 2-24 ч после окончания тычиночной. Продолжительность цветения отдельного трубчатого цветка составляет 2-4 дня и зависит от успешности его опыления и оплодотворения завязи.

Георгина - преимущественно самоопыляющееся растение с сохранившейся способностью к ксеногамии. Ксеногамии способствует хорошо выраженная про-терандрия трубчатого цветка. Для георгины характерна самосовместимость; предполагается отсутствие апомиксиса. При естественном и искусственном самоопылении семена завязываются соответственно у 0,8% и 6,7% цветков. Самоопыление в форме гейтоногамии обеспечивают: плотное расположение трубчатых цветков на ложе корзинки, совпадение тычиночной и пестичной фаз у цветког соседних рядов, а также деятельность насекомых, которые, осуществляя опыление, обследуют всю корзинку. Из зарегистрированных в качестве посетителей 1? видов, принадлежащих к 5 отрядам насекомых, к числу основных опылителе! относятся пчелиные и журчалки, причем роль последних возрастает в холодную у пасмурную погоду. При свободном цветении насекомые увеличивают завязывание семянок до 16,5%. Семена, полученные от самоопыления, обладают высокое всхожестью (68,0 ± 6,2%), а растения, выращенные из них, более чем в 65% слу чаев повторяют признаки родительских форм, но оказываются в 1,5-2 раза ниж< по росту. При искусственном перекрестном опылении кастрированных цветко] семена образуются у 56,6% цветков. Более низкое завязывание семян при свобод

и

ном цветении свидетельствует о сильной зависимости плодоношения георгины от активности опылителей.

Полученные данные являются основой для методики искусственной гибридизации при селекционной работе с георгинами. При этом последовательность действий и их сроки можно представить в следующем виде:

Сроки постановки скрещивания - от начала цветения растений и до когща августа.

Изоляция соцветий скрещиваемых растений. Намеченные к скрещиванию соцветия накануне загтетания закрыть изоляторами, изготовленными из полупергаментной бумаги или синтетического нетканого материала типа "Лутрасил", предварительно удачив ложноязычковые цветки. Изоляторы не снимать до полного отцветания соцветий.

Время кастрации трубчатых цветков материнского растения - в 10-12ч. Признаком к началу кастрации служит прекращение роста пылышковых трубок.

Техника кастрации трубчатых 11ветков. Пылышки выщипывать пинцетом, не допуская их разрыва. Неудачно кастрированные -¡¡ветки удалять. После кастрации всех раскрывшихся трубчатых цветков, соцветие продуть, а пинцет и руки тщательно протереть 70% этанолом.

Сбор пыльцы производить с изолированных соцветий в бумажные пакеты в сухую безветренную погоду во время наиболее активного выделения пыльцы трубчатыми цветками (примерно с 11 ч до 17 ч). Хранить пыльцу в темном прохладном помещении.

Опыление рылец трубчатых цветков. Сигналом готовности рылец к опылению служит их расправление и появление на их воспринимающей поверхности капель жидкого секрета. Пыльиу наносить на рыльца ватным тампоном с периодичностью в 1-2 дня.

Предлагаемая методика искусственной гибридизации георгины исключает возможность самоопыления и позволяет получить семена в среднем у 56,6% трубчатых цветков.

Семенная продуктивность и оценка качества семян. Растения, принадлежащие к разным классам георгины, отличаются по всем изученным показателям семенной продуктивности. Значения потенциальной семенной продуктивности (ЛСП) в классах ворогничковых и пионовидных георгин (133,8 и 134,5 семяпочек на корзинку) и у помпонных (91,8 семяпочек) достоверно (при Р=0,05) отличаются от средней ПСП (115,4 семяпочек). У однорядных георгин ПСП - 117,0 семяпочек на корзинку.

Достоверное отличие от средней для всех классов реальной семенной продуктивности (РСП) - 19,1 семян на корзинку при Р=0,05 получено лишь для класса помпонных георгин (11,5 семян). У остальных классов РСГ1 находится в пределах 22,3-25,8 семян на корзинку. Завязываемость семян связана с махровостью соцветий. Коэффициент семенной продуктивности (КСпр) наименьший у помпонных георгин (12,5%), наибольший - у однорядных и воротничковых

(соответственно 19,1% и 19,3%). У пионовидных соцветий КСпр - 16,6% и близок к среднему значению для всех классов (16,5%). Установлено, что при средней температуре воздуха ниже +8° С и количестве осадков, превышающем 8 мм, семена у георгины практически не завязываются. Мы связываем это с уменьшением активности опылителей.

В условиях Предуралья полноценные семена дают соцветия, распустившиеся до конца августа. В среднем к этому сроку успевает процвести от 13 до 19 корзинок на каждом растении. При этом РСП одного растения в разных классах георгины следующая: у однорядных - 336 семян, у воротничковых - 333 семян, у пионовидных и помпонных соответственно 290 и 219 семян. Средняя для георгины РСП 287 семян на одно растение. В целом семенная продуктивность георгины в условиях Предуралья вполне достаточна для возобновления исходных популяций.

Семена георгины не нуждаются в покое и обладают хорошей всхожестью (43-82%). Семянки помпонных георгин в 1,5-2 раза мельче и легче, чем в других классах. Всхожесть семян существенно не изменяется в течение 3 лет при хранении в герметичной упаковке при температуре +3-5° С. Хранение семян в бумажных пакетах при +25° С в течение 2 лет повышает их энергию прорастания, но почти в 2 раза снижает их всхожесть. Семена местной репродукции соответствуют нормам ГОСТ.

Характеристика сортовых и гибридных смесей георгины, выращенных

из семян. Георгины, выращенные из семян, в Предуралье цветут 30-45 дней, сохраняя декоративность до заморозков и образуя при благоприятных условиях до 16 одновременно цветущих корзинок. При посеве 15-го марта бутонизация наступает через 124-140 дней, а цветение через 145-170 дней. Средняя за 5 дней температура воздуха ниже +15,8-14,1° С в период бутонизации и цветения замедляет наступление соответствующих фенофаз. Растения с базипетальным направлением ветвления вступают в бутонизацию на 13-14 дней раньше, чем с акропе-тальным, но зацветают при этом практически одновременно. При более поздних сроках посева семян процесс развития растений ускоряется, однако зацветание смесей наступает довольно поздно и растягивается на длительное время. Посев семян в открытый грунт, несмотря на его большую экономичность, в наших условиях не позволяет растениям полностью проявить свои декоративные качества вследствие позднего цветения и риска попасть под ранние заморозки. Таким образом, в условиях Предуралья георгины из семян следует выращивать рассадным способом с посевом семян в марте.

Наиболее декоративные растения семенного происхождения можно сохранять с помощью корнеклубней и размножать вегетативным способом. При температуре +3-5° С сохраняется 75-90% корнеклубней, при +12-15° С - лишь 5-8%. При посадке корнеклубней 15-го мая, бутонизация и цветение растений наступают соответственно на 31-34 дней раньше, чем при выращивании из семян.

Все изученные смеси отличаются выровненностью по многим признакам. Значительное варьирование наблюдается только по окраске ложноязычковых цветков.

'Unwins Dwarf Hybrids' (Unwins, Англия), 'Unwins Dwarf Mixed Colors' (Ferry-Morse Seeds,США). Широко известные в мире низкорослые смеси гибридов и сортов, созданные фирмой Unwins. Семена получены из двух источников. Смеси со средним сроком зацветания (17-23-го августа). Соцветия пионовидные или однорядные 8-10 см в диаметре с 1-4 рядами ложноязычковых цветков. Цветоносы 16-24 см, среднепрочные. Цветение среднее, одновременно на одном растении распускается от 3 до 10 соцветий. Одна корзинка цветет около 8 дней. Ложноязычковые цветки могут быть цвета бронзы, лососевые, абрикосовые, оранжевые, ярко-и темно-красные, желтые и лиловые, розовые и сиреневые. Кусты раскидистые высотой 64-72 см и 62-73 см в диаметре не нуждаются в опоре, сильноолиственные. Листья зеленые и светло-зеленые. Рекомендуются для клумб, рабаток и низких бордюров.

'Unwins Gypsy Dance' (Unwins, Англия). Смесь низкорослых полумахровых георгин из классов однорядных и пионовидных среднего срока зацветания (19-28-го августа). Соцветия 8-10 см в диаметре имеют 2-3 ряда ложноязычковых цветков. Каждая корзинка цветет 8-10 дней. Окраска ложноязычковых цветков разнообразна и богата оттенками. Часто в окраске одновременно встречаются 2-3 цвета в виде штрихов, полос, секторов. Трубчатые цветки желтые, золотистые или пурпурные. Цветоносы 15-24 см, прочные. Продуктивность цветения средняя, одновременно на растении распускается ог 5 до 8 соцветий. Кусты раскидистые 47-60 см в высоту и 48-55 см в диаметре не нуждаются в опоре, сильноолиственные. Смесь отличается разнообразной окраской листьев от светло-зеленой до пурпурно-зеленой. Листья пурпурно-зеленого цвета имеют 30,3-42,8% растений. Смесь рекомендуется для клумб, рабаток, низких бордюров, а также для срезки.

'Hurst Dandy' (Unwins, Англия). Сортосмесь оригинальных низкорослых георгин из группы воротничковых среднего срока зацветания (1526-го августа). Соцветия однорядные 9-10 см в диаметре с хорошо выраженным "воротничком" белого или желтого цвета. Ложноязычковые цветки широкие, чаще красные или малиновые, реже белые, оранжевые или сиреневые. Цветоносы 22-23 см, прочные. Каждая корзинка цветет около 9 дней, а одновременно на растении распускается 4-6 соцветий. Кусты раскидистые высотой 37-55 см и диаметром 35-58 см, не нуждающиеся в опоре, сильноолиственные. Листья крупные, темно-зеленые или зеленые, матовые. Смесь идеальна для создания низких бордюров, может выращиваться в горшечной культуре, использоваться для срезки.

'Cactus Hybrids Mixed' (Thompson & Morgan, Англия-США). Смесь высокорослых гибридов из классов кактусовых и полукактусовых ранне-

среднего срока зацветания (10-31-го августа). Соцветия крупные (11-13 см) крепятся на среднелрочных и прочных цветоносах длиной 24-33 см. Ложноязычковые цветки свернуты в трубочки, иногда изогнуты, располагаются в 3-4 ряда. В смеси встречаются растения с орхидовидными и хризантемовидными корзинками. Каждое соцветие цветет в течение 7-10 дней, а одновременно на растении распускается до 9 соцветий. Окраска ложноязычковых цветков желтая, оранжевая, красная и малиновая. Кусты в разные годы компактные или раскидистые 61-126 см в высоту и 54-67 см в диаметре нуждаются в опоре, гусгоолиственные крупными зелеными или темно-зелеными листьями. Смесь рекомендуется для создания высоких бордюров и особенно для срезки.

'Giant Hybrids Mixed' (Thompson & Morgan, Англия-США). Рано зацветающая (вторая половнна августа) смесь высокорослых гибридов из классов пионовидных, полукактусовых и кактусовых. Соцветия трех-четырехрядные крупные 10-11 см в диаметре крепятся на прочных цветоносах длиной 24-26 см. Окраска ложноязычковых цветков очень разнообразна. Каждая корзинка цветет около 8 дней, одновременно распускается до 7 соцветий. Кусты мощные, компактные высотой 96-112 см и 5665 см в диаметре, нуждающиеся в опоре, густо одеты зелеными или темно-зелеными крупными листьями. Растения дают прекрасный срезочный материал, а также могут выращиваться в виде высокого плотного бордюра.

'Pompone Mixed' (Thompson & Morgan, Англия-США). Смесь высокорослых по'мпонных и пионовидных георгин с ранним сроком зацветания (вторая половина августа). Соцветия мелкие 6-7 см в диаметре. Их махровость варьирует от 2 до 10 рядов ложноязычковых цветков. Окраска соцветий одно-двухколерная от белой до темно-вишневой, пурпурной и сиреневой. Преобладают желтые и оранжевые оттенки. Соцветия крепятся к длинным (23-27 см), прочным цветоносам. Продуктивность цветения средняя (до 6 одновременно раскрытых соцветий), каждая корзинка цветет около 10 дней. Кусты в основном раскидистые высотой 70-80 см, диаметром 60-65 см нуждаются в опоре, сильноолиственныс зелеными или темно-зелеными листьями. Сортосмесь универсального назначения и дает прекрасный срезочный материал.

'Pompon Mixed' (Unwins, Англия). Высокорослая сортосмесь пом-понных и пионовидных георгин раннего срока зацветания (начало-середина августа). Соцветия мелкие 5-6 см в диаметре очень выровненные, имеют 6-7 рядов ложноязычковых цветков. Изящные помпон-ные и пионовидные соцветия имеют разнообразную окраску со множеством оттенков. Количество одновременно распускающихся соцветий в разные годы составляет от 5 до 16. На некоторых растениях одновременно может цвести до 40 соцветий. Продолжительность цветения корзинок около 8 дней. Цветоносы длинные (24-47 см), среднепрочные и прочные.

Кусты в основном сильноолиственные нуждаются в опоре, компактные или раскидистые высотой 71-121 см и 52-62 см в диаметре. Листья зеленые или темно-зеленые. Смесь универсального назначения. Соцветия очень эффектны в срезке.

'Showpiece Mixed Hybrids' (Thompson & Morgan, Англия-США). Это самая поздняя из всех изученных смесь. Она требует очень ранних сроков посева. При посеве 15-го марта к 10-му сентября растения достигают высоты 53-68 см и диаметра 51-68 см, но при ранних заморозках зацвести не успевают.

'Карликовые'. 'Помпонные', 'Кактусовые' (семена от свободного опыления местной репродукции). При посеве 30-го апреля смеси зацветают в конце августа. 'Карликовые' представлены в основном пио-новидными формами (84,2%), 'Помпонные' - помпошшми (55,0%) и пио-новидными (35,0%), 'Кактусовые' - в основном кактусовыми (48,0%), полукактусовыми (16,0%) и пионовидными (24,0%) формами. Примесь растений других классов незначительна. Соцветия имеют 3-4 ряда ложноя-зычковых цветков. Размер корзинок у 'Помпонных' 6-11 см, у 'Карликовых' - 8-12 см, у 'Кактусовых' - 9-14 см. Цветоносы длиной 3137 см, среднепрочные и прочные. Цветение одного соцветия длится 4-10 дней, на кусте одновременно распускается до 3 корзинок. Окраска лож-ноязычковых цветков разнообразна и богата оттенками. Кусты раскидистые, сильноолиственные, не нуждаются в опоре. Их высота 62-64 см при диаметре 47-56 см. Цвет листьев от светло-зеленого до темно-зеленого. Смеси, выращенные из семян от свободного опыления соцветий, могут использоваться в озеленении и для срезки.

Таким образом, комплексная оценка изученных сортовых и гибридных смесей георгин зарубежной селекции и местной репродукции позволяет нам рекомендовать их для использования в селекционных программах, в озеленении и для срезки.

Микроклоиальпое размножение георгины. Проведенные исследования послужили основой методики микроклонального размножения георгины, которую можно представить в следующем виде.

Исходный материал - участки побега с одним узлом, семена, инфиг/ирован-ные in vitro регенеранты.

Режим стерилизации - 1,5% раствор детергента (CMC "Лотос") -30 мин, проточная вода - 10 мин, 5% гипохлорит кальция - 15-25 мин, 70% этанол - 1 мин, 3% перманганат калия - 15 мин, дистиллированная вода - трижды по 5 мин. При стерилизации инфицированных in vitro ре-генерантов исключать промывку в растворе детергента и проточной водой.

При испытании различных режимов стерилизации первичных эксплантов независимо от генотипа выход стерильного материала составлял 12,5-34,4%, а его жизнеспособность колебалась от 16,3% до 100%. Стерилизацию семян и инфици-

роваиных in vitro растений-регенерантов можно проводить при более жестких условиях, используя 6% гипохлорит кальция и 96% этанол. Верхушки побегов менее устойчивы к разрушающему действию антисептиков, чем эксплангы с пазушными почками. Это объясняется их высокой физиологической активностью, и следовательно, уязвимостью. В среднем через 3-4 дня после посадки начинается рост латеральных побегов, которые ко времени первого пассажа, на 42-й день выращивания, достигают размеров 60-140 мм, имеют 3-6 узлов с супротивно расположенными цельными листьями. Фазы прорастания семян георгины in vitro соответствуют таковым в условиях in vivo (Лавриченко, 1966).

Вторичные экспланты - микрочеренки с одним узлом.

Период выращивания между пассажами - 42 дня. Скорость регенерации побегов у эксплантов возрастала с первой по третью недели культивирования, к шестой неделе она снижалась, а после 42 дней выращивания in vitro появлялись признаки дегенерации культуры. После первого пассажа на питательную среду без регуляторов роста у большинства клонов происходит достоверное снижение регенерационных способностей по сравнению с этапом выращивания первичных эксплантов. С первого по восьмой пассаж (1 год) у большинства клонов наблюдалась стабилизация регенерационных способностей.

С помощью дисперсионного анализа клоны были разделены на 3 группы по возможности их размножения на питательной среде без экзогенных регуляторов роста. К первой группе относятся клоны 'Префе-Деманж', 'Рекорд Бернар' и 'Надежда'. Их размножение in vitro без подбора питательной среды и регуляторов роста не удается. Эти клоны выпадают из культуры к третьему-седьмому пассажам вследствие слабой регенерации и гибели растений. Во вторую группу вошли клоны 'Тартан', 'Экзотика', 'Велта Руке', 3, 8, 192 со стабильной средней способностью к регенерации (3-4 узла). Третья группа объединяет клоны 0, 7, 202, характеризующиеся устойчивой тенденцией к интенсивному развитию и образованием растений с 4-5 узлами.

У большинства клонов регенерационные способности достоверно уменьшились после 16 пассажей (2 года) на питательных средах без регуляторов роста С увеличением возраста культуры, вероятно, меняются ее требования к условиям выращивания и прежде всего возрастает потребность в экзогенных фитогормо-нах. При добавлении в питательные среды отдельных регуляторов роста при всех изученных концентрациях количество узлов у растений не изменялось. Оптимизация питательной среды по составу фитогормонов, проведенная симплекс-методом в 2 этапа с использованием 6 сред, выявила оптимальное соотношение фитогормонов, которое позволило существенно повысить регенерационные способности большинства клонов (у клона 3 в среднем с 3,70±0,29 узлов до 4,50±0,11 узлов).

Таким образом, питательная среда для размножения - твердая. Минеральная основа по Т. Murashige и F. Scoog (1962); содержание витаминов по Р.Г. Бутенко (1964); 2% сахароза; 0,7-0,8% агар-агар; фи-

тогормоны: гибберелловая кислота - 0,24 мг/л, кинетин - 0,10 мг/л, ИУК - 1,20 мг/л.

При регенерации эксплантов на среде без регуляторов роста обнаружена их склонность к спонтанному ризогенезу, причем она разная у разных клонов и изменяется с возрастом культуры. За 2 года она возросла в 1,5-3 раза, а в среднем процент корнеобразования увеличился с 26,7% до 57,2%. Показатели ризогенеза после года и двух лет выращивания in vitro достоверно не отличались. Первичные экспланты корней не образовывали. У микрочеренков корневые зачатки закладываются на 4-5-й день после посадки одновременно с началом роста побегов. Существуют 2 схемы инициации ризогенеза у георгины. В первом случае (клон 192) появлению корней предшествует развитие каллуса. Во втором - каллусогенез отсутствует и это свойственно большинству изученных клонов. Роль корневой системы в регенерации побегов in vitro неоднозначна. С одной стороны, ее интенсивное развитие способствует регенерации побегов у клонов 'Префе-Деманж' и 'Велта Руке' (г=0,82 и 0,98). С другой стороны, ее отсутствие у клонов 'Надежда' и 3 существенно при Р=0,05 не влияет на рост побегов, более того, абсолютные приросты побегов и корней связаны обратной зависимостью (г=-0,91 и -0,32). Корнеобразование в 35-100% случаев вызывает добавление к агаризованной питательной среде ИУК в концентрациях 0,5-1 мг/л. В жидкой питательной среде ИУК (1 мг/л) стимулировала 96-100% развитие длинных, сильно ветвящихся корней в числе 5-7, густо покрытых корневыми волосками.

Таким образом, питательная среда для укоренения - жидкая. Минеральная основа по Т. Murashige и F. Scoog (1962); витамины по Р.Г. Бутенко (1964); 2% сахароза; ИУК - 1 мг/л.

Перевод растений из in vitro в условия in vivo возможен 4 способами: с твердой питательной среды с предварительной адаптацией и без нее, с укоренением в воде, с жидкой питательной среды. Первый способ малоэффективен вследствие низкой приживаемости растений (28,0%) из-за повреждения корней. Адаптация к новым условиям в течение 10-14 дней (сдвинутые пробки) обеспечивает приживаемость в среднем 59,7% растений, а укоренение в воде (in vivo) -до 50,0%. Пересадка с жидкой питательной среды сопровождается минимальными повреждениями растений и обеспечивает их 100% приживаемость.

Таким образом, перевод укорененных регенерантов в условия in vivo -с жидкой питательной среды; с твердой питательной среды после предварительной адаптации. Высадка в 0,5 л емкости с легкой почвой. Содержание в первые дни при рассеянном свете в микропарничке.

Полученный с использованием данной методики клоновый материал георгины отличался однородностью и генетической стабильностью.

За год микроклонирования от одного микрочеренка, дающего за один пассаж в среднем 4,0-4,5 узлов, можно получить порядка 500 тысяч растений-регенерантов. С корнеклубней одного растения первого года жизни за март-апрель мы получали в среднем 8,2+0,8 черенков. Таким образом, эффективность

микроклонирования примерно в 60 тысяч раз превышает обычные способы вегетативного размножения.

3. ВЫВОДЫ

1. Георгина культурная - преимущественно самоопыляющееся растение с сохранившейся способностью к ксеногамии. Самоопыление в форме гейтоногамии обеспечивают: плотное расположение трубчатых цветков на ложе корзинки; совпадение тычиночной и пестичной фаз у цветков соседних рядов, что делает возможным контакт рылец одного ряда цветков с пыльцой соседних. Гейтоногамии способствует деятельность насекомых, обследующих всю корзинку и опыляющих цветки со зрелыми рыльцами.

Предпосылкой ксеногамии является четко выраженная протер-андрия цветка и участие в опылении насекомых (перепончатокрылые, двукрылые). Однако строгое перекрестное опыление между разными растениями в сущности не реализуется, хотя и не исключено.

2. Трубчатые цветки георгины протерандричны. Их раскрывание происходит в 5-10 ч утра. Затем в течение 4-5 ч выдвигаются пыльнико-вые трубки с массовым вскрыванием пыльников в 10-12 ч. В 11-13 ч начинается рост столбика, рыльце которого постепенно выталкивает пыльцу из пыльниковой трубки. Созревание рылец и расхождение их лопастей происходит в 13-19 ч при температуре воздуха около +20° С или в 12-17 ч на следующие сутки, если температура воздуха не превышает +14° С. В соседних рядах трубчатых цветков в течение 4-5 ч возможно совмещение тычиночной и рыльцевой стадий.

3. Георгина характеризуется самосовместимостью; предполагается отсутствие апомиксиса. Эти данные в сочетании со знанием особенностей опыления позволяют создавать схемы искусственной гибридизации с прогнозируемым результатом.

4. Семенная продуктивность георгины при свободном опылении соцветий вполне достаточна для возобновления исходных популяций; семена образуют в среднем 16,5% трубчатых цветков. Искусственное перекрестное опыление увеличивает семенную продуктивность до 56,6%. Реальная семенная продуктивность варьирует от 11,5 до 25,8 семян на одну корзинку и от 219 до 336 семян на растение. Наиболее высока семенная продуктивность в классах однорядных и воротничковых георгин, наименьшая - у помпонных, что связано с количеством трубчатых цветков в корзинке.

5. Семена георгины не нуждаются в покое и обладают высокими посевными качествами. Их всхожесть не изменяется в течение трех лет при хранении в герметичной упаковке при температуре +3-5° С. Хранение

семян при более высокой температуре снижает посевные качества. Семена местной репродукции соответствуют нормам ГОСТ.

6. Георгины, выращенные из семян, в Предуралье цветут 30-45 дней, образуя при благоприятных погодных условиях до 16 одновременно цветущих корзинок. Продолжительность цветения одного соцветия составляет от 4 до 10 суток. За месяц цветения даже в прохладную и дождливую погоду на одном растении успевает процвести от 13 до 19 корзинок. Растения сохраняют декоративность до заморозков.

7. Сортовые и гибридные смеси георгин зарубежных фирм, выращенные из семян, в наших условиях зацветают в течение августа. В разные годы до 10-го сентября успевает зацвести от 30% до 100% растений. Наиболее рано цветущей является смесь 'Pompon Mixed' (Unwins), наиболее поздно цветущей - 'Showpiece Mixed Hybrids'. Мы рекомендуем смеси 'Unwins Dwarf Hybrids', 'Unwins Dwarf Mixed Colors', 'Unwins Gypsy Dance', 'Hurst Dandy' для бордюров, клумб и рабаток; смеси 'Cactus Hybrids Mixed', 'Giant Hybrids Mixed', 'Pompon Mixed'(Unwins), 'Pompone Mixed'(T.&M.) хороши также для срезки.

8. Все сортовые и гибридные смеси выровнены по основным признакам. Их декоративные качества сохранились у растений, выращенных из семян, полученных нами. Таким образом, можно использовать не только непосредственно семенной материал зарубежных фирм, но и семена собственной местной репродукции и на этой основе вести селекционную работу. Особо выдающиеся по декоративным качествам экземпляры можно размножать также обычными способами - корнеклубнями после зимнего хранения или черенками.

9. Модифицированная нами стандартная методика микроклонирования георгины in vitro и оптимизация его основных этапов позволяют размножать отобранный материал с эффективностью, в 60 тысяч раз превышающей обычные способы вегетативного размножения. Разные клоны георгины отличаются по способности к регенерации и ризогенезу in vitro; также отмечено снижение регенерационных способностей с возрастом культуры и увеличение способности к ризогенезу.

10. С использованием симплекс-метода найдена питательная среда, оптимальная по содержанию фитогормонов, на которой у большинства изученных клонов коэффициент размножения растений выше, чем на других средах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В РАБОТАХ:

1. Верещагина В А., Шумихин С. А. Характеристика соцветий Dahlia variabilis Desf. семенного происхождения // Проблемы репродуктивной биологии растений: Тез. докл. Пермь: Перм. ун-т, 1996. С. 68-70.

2. Верещагина В.А., Шумихин С.А. Интродукционное изучение георгин, размножаемых семенами // Вестн. Перм. ун-та. Биология. Пермь: Перм. ун-т, 1997. Вып.З.

3. Шумихин С.А. Влияние температуры воздуха на бутонизацию и цветение георгины // Экология: проблемы и пути решения: Тез. докл. V Межвуз. конф. студентов и аспирантов. Пермь: Перм. ун-т, 1997. С. 148-149.

4. Шумихин С.А. Клопальное размножение Dahlia variabilis Desf. in vitro // Вестн. Перм. ун-та. Биология. Пермь: Перм. ун-т, 1997. Вын.З.

Подписано в печать 23.12.97. Усл. печ. л. 1,16.

1.12.97. Формат 60 х 841/16. Тираж 100 экз.

Печать офсетная Заказ 63.

614600, г. Пермь, ул. Букирева, 15. Типография Пермского университета