Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оценка и отбор исходного материала ревеня для селекции на качество и разработка методов клонального микроразмножения

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Циунель, Михаил Мечиславович, Москва



РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЕКЦИИ И СЕМЕНОВОДСТВА ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР

ЦИУНЕЛЬ Михаил Мечиславович

ОЦЕНКА И ОТБОР ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА РЕВЕНЯ ДЛЯ СЕЛЕКЦИИ НА КАЧЕСТВО И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КЛОНАЛЬНОГО МИКРОРАЗМНОЖЕНИЯ

Специальность: 06.01.05 - селекция и семеноводство

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук ХОМЯКОВА Е.М.

Москва 1999

СОДЕРЖАНИЕ

СТР.

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8

1.1.Хозяйственное значение и история культуры ревеня 8

1.2.Ботаническая характеристика и биологические особенности ревеня 9

1.3.Изменчивость сортовых признаков ревеня 14

1.4.Биохимический состав черешков ревеня 20

1.5.Клональное микроразмножение ревеня 38

2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 46

2.1. Цель и задачи исследований 46

2.2.Место и условия проведения исследований 47

2.3.Материал и методы проведения исследований 52 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 58

3. МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕВЕНЯ 58

3.1. Количественные признаки ревеня 58

3.2. Качественные признаки листовой пластинки ревеня 72

3.3. Качественные признаки черешка ревеня 93

4. БИОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЧЕРЕШКОВ РЕВЕНЯ 118

4.1. Изменчивость в черешках ревеня биохимических показателей и корреляционные связи между ними 118

4.2. Влияние возраста черешков на содержание биохимических веществ 124

4.3. Влияние условий года на биохимический

состав черешков 136

4.4. Сортовые различия по биохимическим

показателям в черешках ревеня 149

5. КЛОНАЛЬНОЕ МИКРОРАЗМНОЖЕНИЕ РАЙОНИРОВАННЫХ СОРТОВ

РЕВЕНЯ КРУПНОЧЕРЕШКОВЫЙ, УПРЯМЕЦ, ЗАРЯНКА 161

5.1.Эффективность стерилизации посадочного материала и выживаемость эксплантов ревеня в культуре in vitro 161

5.2. Развитие эксплантов на среде размножения 164

5.3.Укоренение регенерантов и адаптация укоренившихся растений ревеня к обычным

условиям 175

5.4.Сравнительная экономическая оценка способов размножения ревеня 179

ВЫВОДЫ 188

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 189

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 190

ПРИЛОЖЕНИЯ 203

- 4 -ВВЕДЕНИЕ

В обеспечении полноценного и разнообразного питания человечества овощные растения занимают важное место.Они являются источником питательных и биологически активных веществ.Расширение ассортимента овощных культур поможет еще более разнообразить и улучшить наше питание. Для этого в культуру вводятся новые виды растений, но в тоже время многие культивируемые растения остаются незаслуженно забытыми.К таким растениям можно отнести овощной ревень.

Ревень (Rheum L.) - многолетнее травянистое растение семейства Гречишных (Polygonaceae). В культуре ревень известен более четырех тысячелетий в качестве лекарственного растения.

Как овощное растение, ревень начали выращивать сравнительно недавно - в середине VIII века в Англии,почти одновременно он распространился в США, Германию, Голландию,Францию.В России эта культура появилась в начале ХХ-го столетия.

Овощной ревень - очень ценная многолетняя культура, способная расти в прохладном климате с суровыми зимами.Черешки ревеня практически круглый год являются источником аскорбиновой кислоты и других полезных для населения веществ .Выращивание ревеня в открытом грунте не требует больших затрат, а для его выгонки достаточно темного помещения с температурой около +10°С. Все это позволяет значительно уменьшить использование энергоносителей и снизить стоимость продукции.

У овощного ревеня в пищу используют сочные, кислые на вкус черешки листьев. Черешки ревеня содержат питательные и биологически активные вещества: сахара до 2%, органических кислот (яблочная, лимонная) до 3%,пектинов до 1,5%, аскорбиновой кислоты до 30 мг%, а также фенольные соединения, белок, клетчатку,минеральные соли.

Несмотря на положительные качества, ревень не имеет в мире широкого коммерческого применения,хотя его много выращивают в частных садах. Это вызвано меньшей конкурентностью по вкусовым качествам его черешков с другими фруктами и овощами, которые прекрасно растут в странах с более мягким климатом .Небольшие расстояния и хорошее транспортное сообщение между производителем овощей и фруктов и ее потребителем позволяет обеспечить широкий ассортимент продуктов в более северных странах.Но для большинства регионов России с суровым климатом,большими расстояниями, плохим транспортным сообщением выращивание овощного ревеня позволит восполнить дефицит свежих овощей и фруктов.

Широкому промышленному выращиванию ревеня в нашей стране мешает отсутствие налаженного производства продуктов переработки из черешков ревеня (компоты,джемы, соки,квас, цукаты).

В России селекция ревеня велась на создание высокоурожайных сортов, и практически не уделялось внимания улучшению биохимического состава черешков. Исследование химического содержания черешков ревеня позволит изучить особенности накопления в них биохимических веществ и выявить исходный материал для селекции сортов ревеня с лучшими питательными качествами черешков.

Для отличия разных сортов ревеня друг от друга в селекционной и семеноводческой практике используют апробационные признаки культуры. При морфологическом описании сортов ревеня применяли разные методики (Руководство по апробации, 1982; Иванова,1988) несколько отличающиеся друг от друга. Сейчас в России при регистрации и патентовании, описание сортов проводят с использованием методики UPOV (TG./62/3 1978-11-15.Guidelines for the conduct of tests for distinetness, homogeneity and stability). При описании ревеня по данной методике параметры большинства апробационных признаков оп-

ределяют с использованием сортов-эталонов. В качестве эталонов рекомендованы зарубежные сорта, которых в нашей стране нет, а их приобретение и поддержание потребует дополнительных материальных затрат. Проведение исследования с использованием методики UP0V позволит выявить эталоны параметров апробационных признаков из имеющихся районированных сортов и образцов ревеня из коллекции ВИР.

Для получения посадочного материала (существующих и новых сортов) ревеня используют семенное и вегетативное размножение. Оба способа имеют свои достоинства и недостатки. Семенное размножение обеспечивает высокий коэффициент размножения, низкие затраты на закладку плантации (посев), при таком размножении происходит потеря ценных сортовых качеств растений. Вегетативное размножение сохраняет все ценные особенности сорта, но низкий коэффициент размножения не способствует быстрому воспроизводству ревеня. Сортопод-держание многолетней плантации ревеня в больших объемах довольно дорого, но вместе с тем при возникновении спроса встает необходимость быстрого размножения нужного сорта. В селекционной практике и при внедрении нового сорта из-за низкого коэффициента вегетативного размножения также существует проблема быстрого тиражирования ценных растений. В этой связи представляет интерес применение кло-нального микроразмножения ревеня в культуре in vitro .

В работах (Walkey D.G.D.et.al., 1979, Roggemans J. et. al., 1979, Pierik R.L.M. et. al., 1989, Machado M. et. al., 1990, Lassus C. et. al., 1994, Lai N. et.al.,1993) отмечается проявление сортоспецифичнос-ти при использовании этого метода. Разработка способа размножения в нашей стране для районированных сортов ревеня через культуру in vitro позволит уменьшить площади маточных плантаций и расходы на их поддержание, не уменьшая выхода посадочного материала.

Целью настоящего исследования явилось оценка и отбор исходно-

го материала для селекции ревеня на качество и разработка методов клонального микроразмножения. Были изучены следующие вопросы:

1. Морфологическое описание сортов ревеня с использованием методики UP0V и выделение эталонных сортов апробационных признаков.

2. Биохимическая оценка ревеня и корреляционные зависимости между показателями.

3. Изменчивость биохимических показателей ревеня в зависимости от условий среды, возраста черешков , сортовых особенностей, выявление сортов-источников содержания биохимических веществ.

4. Использование культуры in vitro для клонального микрора-замножения районированных сортов ревеня Упрямец, Крупночерешковый, Зарянка.

Основные положения, полученные в результате изучения данных вопросов и выносятся на защиту.

- 8 -1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Хозяйственное значение и история культуры ревеня

Ревень многолетнее травянистое растение, как по биологии так и по хозяйственной классификации (Марков и др.,1985, Иванова, 1988) .В пищу у овощного ревеня употребляются сочные, мясистые черешки, кислые на вкус. В пищу употребляют в сыром виде и является сырьем для переработки. Из черешков ревеня приготавливают компоты, соки, вина, джемы, варенье, кисели другие продукты. Основное достоинство ревеня в том, что он может давать продукцию круглогодично, при использовании различных агротехнических способов: выращивание в открытом грунте(Юргенс, 1967; Мохнатый, 1979; Lunzmann, 1990; Maynard, 1990), выращивание в открытом грунте с использованием временных укрытий(Томпсон, 1933; Frenz, 1988 ), выгонка в поле (Sandler, 1990;Wilhelm, 1990), выгонка в специальном помещении (Комарова, 1960; Осина, 1975; Buczkowska, 1991). Ревеневые черешки особенно ценны именно рано весной и зимой, когда остро ощущается дефицит овощной свежей продукции.Черешки ревеня содержат до 30 мг% витамина С , до 3,5 % органических кислот, до 2% Сахаров,до 1,5 % пектинов, антоцианы, минеральные соли,белок,клетчатку. Ревень, как и многие овощные культуры ( щавель, шпинат, амарант,мангольд) накапливает щавелевую кислоту, что часто отпугивает потребителя. Хотя в среднем содержание щавелевой кислоты в ревене составляет (0.5%), в тоже время ее количество в плиточном шоколаде достигает 4% (Скурихин и др.,1991).

В культуре ревень был известен первоначально как лекарственное растение.Первые упоминания о ревене найдены в китайских травниках в 2700 году до н.э.(Иванова, 1988),в IV веке он был известен в Древнем Риме(Лозина-Лозинская, 1937), Об использовании ревеня в

качестве овощного ратения впервые упоминается в 1765 году в Англии, почти одновременно культура овощного ревеня распространилась в США,Германию,Францию (Лозина-Лозинская, 1937). В России овощной ревень появился в начале 20-го века.

Центром происхождения ревеня (Вавилов ,1953) считает Китайский очаг. Лозина-Лозинская А.С.(1937) отмечает,что у ревеня было 2 первичных центра происхождения: более древний-Китайский,восходящий к первичной мезофитной флоре третичного периода и более поздний, молодой-Иранский.Последующие климатические и геологические изменения позволили ревеню расселиться из обоих центров в сторону Средней Азии.

1.2. Ботаническая характеристика и биологические особенности ревеня

Сорта овощного ревеня относят к роду Rheum L. Род насчитывает 49 видов(Лозина-Лозинская, 1937). Marshall D.E. (1988) отмечает 118 названий видов ревеня. На территории бывшего СССР произрастает 22 вида (Иванова, 1961).Лозина-Лозинская А.С.(1937) делит род на 7 секций. Большинство сортов овощного ревеня относят к секции Rheum

Существующие сорта ревеня имеют гибридное происхождение и включают в себе признаки многих видов (Лозина-Лозинская, 1937; Иванова, 1961).В связи с этим Иванова К.В., (1961) предложила относить сорта к виду ревень культурный-Rheum cultigenum .Однако в литературных источниках сорта ревеня относят к разным видам - Rh. rhaponticum (Walkey et al., 1979; Roggemans et al.,1979; Pierik et al., 1989; Machado et al, 1990;Полежаева, 1982,1988,1991; Chipman, 1983)или к виду Rh.rhabarbarum (Lassus et al., 1994). Ковалевская С.С.(1971) отмечает ,что вид -Rh. rhaponticum это гибрид между ви-

дами Rh.Maximowiczi и Rh. cordatum. Лозина-Лозинская А.С.(1937) также указывает на то, что это стойкий гибрид, а не самостоятельный вид.

В настоящее время в мире известно более 200 сортов овощного ревеня(Marshall, 1988). В качестве овоща используют черешки ревеня видов Rh. Wittrocki, Rh. Webbianum (Катышевцева и др, 1963). Лозина-Лозинская А.С.(1937) указывает об аналогичном использовании и других видов.

Проведенный обзор цитологических исследований по ревеню (Ал-лаяров, 1972; Меньшикова, 1964) показал, что исследованные виды ревеня имеют гаплоидное число хромосом равное 11. Некоторые виды диплоидны: Rh. orientale, Rh. macrocarpum, Rh. palmatum, Rh. tatarticum; другие тетраплоидны: Rh. rhaponticum, Rh. compactum, Rh. turkestanicum. В видах - Rh. rhabarbarum, Rh. altaicum, Rh. emodi, Rh. maximowiczii, Rh. officinale, Rh. tataricum встречаются как диплоидные, так и тетраплоидные формы. Вид Rh. ribes имеет 38, 39, 41, 44 хромосомы, a Rh. wittrockii имеет также гекса- и октап-лоидные формы ревеня.

По внешнему виду полиплодные растения не отличаются от диплоидных. Установлено, что у полиплоидов проводящая система стебля усложнена за счет образования дополнительных сосудистых пучков. В мейозе у тетраплоидных видов хромосомы обычно образуют только биваленты, из чего можно сделать вывод, что тетраплоиды несут два различных генома. Среди культивируемых сортов изучен сорт Тукумс-кий 5, который имеет 44 хромосомы, данных по другим сортам в литературе не обнаружено.

Ввиду того, что в создании культурного ревеня участвовали многие виды рода Rheum, поэтому в культуре у ревеня велико многообразие морфологических признаков.

Ревень - многолетнее травянистое растение. При семенном размножении растения в первый год образуют розетку из 5-8 листьев и стержневой корень. Который затем разрастается в мощное одревесне-вающееся корневище со стеблеплодами. Стеблепдоды - утолщенные ответвления корневища,которые имеют в верхней части листовые и стеблевые почки, а в нижней - центральный и боковые корни ( Иванова, 1988). Корневище имеет коричневую окраску, на разрезе розоватую. Основная масса корней располагается в почве на глубине до 50 см и в ширину до 120 см. К шестилетнему возрасту масса корневища достигает 10 кг (Алексеева, 1987). По форме розетки различают растения ревеня с компактной, прямостоячей, вверхнаправленной, раскидистой, развалистой розеткой (Иванова, 1988). Размеры розетки колеблются по диаметру от 75 см до 115 см, по высоте от 25 до 80 см. В розетке одного растения количество черешков колеблется от 32 до 76 штук (Гиренко, 1977).

Листья у ревеня простые на длинных черешках,чаще листовая пластинка бывает цельной, но у некоторых видов она лопастная : (Rh. palmatum, Rh. tanguticum, Rh. officinale, Rh. macrocarptim). По форме листовой пластинки бывают следующие очертания: яйцевидная,округлая, треугольная и другие.Соотношение длины листовой пластинки и черешка бывает разным: длина их может быть равной или превосходить друг друга.

Размер листовых пластинок колеблется по длине от 22 см до 50 см, по ширине от 25 до 43 см.

Черешки листьев отличаются по степени желобчатости и ребристости, - вплоть до полного отсутствия этих признаков. Окраска черешков бывает различная: зеленая, вишневая, малиновая, с антоциа-ном. Причем окраска может охватывать весь черешок или часть черешка, может быть сплошная окраска или крапинами. Мякоть черешка в

основном светло-зеленая, но может быть с розоватой окраской по всему черешку или только в его нижней части (Гиренко, 1977). Черешки по размерам сильно колеблются, так по длине черешка - от 25 до 55 см и более, по ширине черешка - от 1,1 см до 3,3 см. Масса черешка колеблется от 23 грамм до 124 грамм.

Цветки ревеня - мелкие в цветоножках с сочленениями,многочисленные собраны в соцветие - облиственная метелка. Вначале цветения окраска цветоноса зеленая, потом, при созревании семян - бурая. Цветонос внутри полый. Листья на цветоносе расположены поочередно, листовые пластинки по форме треугольные (Алексеева, 1977). Цветки имеют белую, бледно-розовую или желтоватую окраску.у цветка - 6 долей околоцветника,из них 3 наружных,9 тычинок иногда (5-10),пестик с тремя рыльцами на коротком столбике.В соцветии находится от 4-5 тысяч до 10-14 тысяч цветков (Полежаева, 1981).

Плод ревеня - трехгранный орешек с крылаткой по граням. Длина семени 6-7 мм, ширина - 4-5 мм (Алексеева, 1987). С одного растения можно собрать до 300 грамм семян (Изергина, 1977). В одном грамме насчитывается 75-85 штук семян. Масса 1000 семян - 9-16 грамм. Окраска семени темно-коричневая, крылатки - более светлая (Алексеева, 1977).

Ревень - многолетнеее, холодостойкое растение, выносит морозы до минус 20.. .30*С. Оптимальная температура развития +9...+23°С. В зависимости от фазы развития переносит заморозки до - 10°С, однако заморозки с температурой - 5...-7°С могут повреждать распускающиеся почки. К свету ревень нетребователен, влаголюбив, однако не выносит близкого уровня залегания грунтовых вод. Предпочитает хорошо удобренные, среднего механического состава почвы. Оптимальная кислотность рН - 4,5-5 (Лежанкина, 1969, Юргенс, 1967).

Размножение ревеня происходит вегетативным или. генеративным

способом.

При вегетативном делении корневища Муханова Ю.И.(1973) отмечает неравноценность имеющихся на корневище почек : почки бывают крупные и мелкие, а также периферийные почки на корневище более жизнеспособны чем в центре корневища.

В неблагоприятных условиях: засуха, заморозки, надземная система отмирает, а на поверхности почек образуются плотные покровы и растение уходит �