Влияние физиологически активных веществ (ФАВ) на процесс регенерации хвойных интродуцентов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 630*181.28:582.47.017.35 М.Т. Кръстев, И.А. Бондорина

ВЛИЯНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ (ФАВ) НА ПРОЦЕСС РЕГЕНЕРАЦИИ

ХВОЙНЫХ ИНТРОДУЦЕНТОВ

Рассмотрен вопрос о возможности воздействия стимулирующими веществами на регенерационные процессы после ранения у четырех хвойных интродуцентов.

Разработана методика для оценки эффективности препаратов и способов их применения. Ключевые слова: ФАВ, хвойные, стимулирование, регенерация.

M.T. Krstev, I.A. Bondorina PHYSIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES (PhAS) INFLUENCE ON THE PROCESS OF CONIFEROUS INTRODUCTORS REGENERATION

The article deals with the possibility of the stimulating substances influence on the regeneration processes after four pine introductors injuring.

The technique for the estimation of the preparation efficiency and ways of their application is developed. Key words: PhAS (physiologically active substances), pine trees, stimulation, regeneration.

Возможность стимулировать приживаемость прививки экзогенными ростовыми веществами, как при стимулировании корнеобразования у черенков, не нашла широкого применения, как в научных, так и в практических работах. Причины этого, по-видимому, связаны с недостаточно ясным представлением о том, например, какими способами надо воздействовать на зону срастания, чтобы добиться желаемого эффекта; какими методами надо оценить наличие или отсутствие стимулирующего эффекта того или иного ФАВ. В некоторой степени эти вопросы были решены для лиственных древесных интродуцентов в ГБС им. Н.В. Цицина РАН (Кръстев, Седов, Бондорина, 2006). Была разработана и успешно применена методика для оценки степени пригодности ФАВ для их использования в качестве стимулирующих веществ для повышения эффективности прививки. Кроме того, были предложены перспективные, достаточно легко выполнимые способы для обработки зоны срастания. Однако разработанные и предложенные для лиственных древесных растений методы применения ФАВ и оценки их воздействия оказались недостаточно пригодны при работе с хвойными интродуцентами.

В связи с этим была предпринята попытка изучить возможность использования ФАВ с учетом физио-лого-биологических особенностей у хвойных растений, в первую очередь, для воздействия на их естественный регенерационный потенциал, а во вторую - для влияния на результаты прививки, что и явилось основной задачей данного исследования.

Объектами изучения были хвойные растения из семейства Pinaceae Lindl., родов Abies Hill. (A.alba Mill. - пихта белая европейская; в ГБС получена в 1963 г.); Larix Mill. (L.sibirica Ldb. - лиственница сибирская; в ГБС с 1937 г.); Picea Dietr.(P.omorica (Pane.) Park. - ель сербская; в ГБС с 1939 г.); Pinus L. (P.nigra Arm. -сосна черная австрийская; в ГБС с 1952 г.) (Древесные растения ГБС АН СССР, 1975).

Для выявления воздействия физиологически активных веществ на регенерационные процессы предварительно на годичных побегах производили по три выреза периферийных тканей (коры) до ксилемы, заточенной металлической трубкой 7-10 мм в весенние сроки вегетации (30.04) и летние сроки (01.07). К вскрытой поверхности ксилемы прикладывали плотно и закрепляли скотчем кусочек поролона, предварительно смоченный в водном растворе ФАВ. В нашем эксперименте в качестве стимуляторов регенерационных процессов использовали известные и широко применяемые препараты, как циркон, эпин и корневин для весенних сроков, а для летних сроков кроме указанных препаратов в эксперимент были включены еще рибав-экстра и новый препарат пенергетик Р (Польша).

Основным показателем для определения наличия или отсутствия стимулирующего эффекта является образование каллуса на поверхности выреза в течение 60 суток. За динамикой образования каллуса наблюдали визуальным методом и при помощи фотокамеры Olympus C-5060.

Оценку каллусообразования на поверхности вырезов проводили при помощи балльной системы (Кръстев, Бондорина, 2006) от 0 до 4 баллов. Регенерационный процесс оценивается в 0 баллов, когда каллус не образуется на поверхности срезов или образование прекращается в самом начале его появления. 4 балла принимается за

100% заполнения поверхности выреза раневой каллусной ткани. Величины баллов между 0 и 4 вычисляются простыми математическими действиями.

Оценку степени стимулирующего эффекта проводили при помощи предложенной нами специально для хвойных растений формуле:

где И - величина, определяющая стимулирующие свойства ФАВ;

В - число баллов, оценивающее степень образования каллуса под воздействием препарата;

Вк - число баллов, оценивающее степень каллусообразования без применения препаратов (для контроля).

При И <0 ФАВ действует как ингибитор, если И = 0, то какое-либо действие у препарата отсутствует, значение И от 0 до 4 оказывает стимулирующее действие на каллусообразование (чем И >0, тем сильнее стимулирующий эффект).

Оценку результатов экспериментальных данных проводили при помощи двухфакторного дисперсионного анализа небольшой группы данных (Зайцев, 1984).

Исследования показали, что в условиях ГБС им. Н.В. Цицина РАН (Москва) регенерационновосстановительные процессы у четырех изучаемых видов хвойных интродуцентов протекают по-разному, как в контроле, так и в вариантах с применением ФАВ.

Из табл. 1 видно, что в период с 30.04 по 30.06 (за 60 суток) образовавшийся каллус на поверхности вырезов в среднем характеризует, как естественную реакцию на ранения каждого вида, так и реакцию каждого вида на воздействие различных ФАВ.

Видно, что Р.отопоэ (ель сербская) наиболее положительно отзывается на воздействие эпина. Образование каллуса за период наблюдения (60 суток) на поверхности вырезов составило 52,5% от общей площади и это на 21,3% больше, чем у контрольных вариантов (31,2%). Обработка ран раствором циркона также дала положительные результаты; 50,1% от общей площади занято каллусом при 31,2% занятой у контроля. Корневин не оказал какого-либо влияния на регенерационно-восстановительные процессы, протекающие на поверхности ран у ели сербской.

Применение эпина оказалось наиболее эффективным по сравнению с другими препаратами для лиственницы сибирской (96,4%) и пихты белой (47,4%).

Таблица 1

Оценка стимулирующего влияния ФАВ в весенние и раннелетние сроки (с 30.04 по 30.06)

у хвойных интродуцентов

Наименование растения Название ФАВ Образование каллуса за 60 суток, (%) Балл, В Величина стимулирующего эффекта, R

Ель сербская Picea omorica Контроль Циркон Эпин 31,2 50,1 52,5 1,25 2,00 2,10 0,75 0,85

Корневин 31,2 1,25

Лиственница сибирская Larix sibirica Контроль Циркон Эпин СО СО CN СО ООО 9 7 6 СОГ— со 3, 3, 3, 0,08 0,17

Корневин 93,8 3,75 0,06

Пихта белая Контроль Циркон 31,9 43,7 1,28 1,75 0,47

Abias alba Эпин 47,4 2,98 1,70

Корневин 36,0 1,44 0,16

Сосна черная Pinus nigra Контроль Циркон Эпин 6,6 43,7 25,4 0,26 1,75 1,02 1,49 0,76

Корневин 30,6 1,22 0,96

Из всех изучаемых видов у лиственницы сибирской образование каллуса идет более интенсивно и к 60 суткам мы видим, что у контроля 92,3% от общей площади выреза занято каллусом. Также высокие показатели наблюдаются и у варианта с обработкой цирконом (94,3%) и корневином (93,8%).

Образование каллуса медленнее всего протекает у Р.Ыдга (сосна черная австрийская). В условиях ГБС за первые два месяца вегетации у контрольных вырезов образовалось всего 6,6% каллусной массы. На образование каллуса существенное влияние оказала обработка раневой поверхности вырезов цирконом. В этом случае на поверхности вырезов образовалось 43,7% каллуса и это на 37,1% больше, чем у контроля. Обработка эпином и корневином также оказала положительное влияние на регенерационный процесс, хотя и намного меньше, чем обработка цирконом.

Следует отметить, что и у последнего из изучаемых объектов А.а1Ьа (пихта белая) наблюдается достаточно хорошо выраженное положительное влияние всех используемых в данном эксперименте стимулирующих веществ. Самая высокая эффективность отмечена для варианта с цирконом (43,7%), а самая низкая (25,4%) - для варианта с применением эпина.

Сравнительный анализ экспериментальных данных, полученных для опыта, проведенного в весенний период, позволил выявить, как некоторые достаточно общие тенденции, так и сугубо индивидуальные регенерационные реакции у некоторых видов на ранения и на применение различного типа стимулирующих препаратов. Сравнивая естественную реакцию на ранения (табл.1, контроль) у четырех изучаемых объектов, можно отметить, что регенерационно-восстановительные процессы протекают наиболее быстро у 1.$Шса. К 60-м суткам каллусная ткань образовалась и занимает 92,3% от площади выреза. В эти сроки в данный период вегетации в условиях Москвы Р.Ыдга показала самую низкую естественную способность к регенерации (6,6%). Почти одинаковую, хотя и не очень высокую способность к образованию каллуса, показала А.а1Ьа (31,9%) и Р.отог'юа (31,2%).

При анализе экспериментальных данных стало очевидным, что применяемые в данном эксперименте препараты оказывают положительное влияние на регенерационный процесс, при этом их влияние можно отнести к избирательным.

Например, эпин проявил себя как наиболее сильнодействующий стимулятор в начале вегетационного процесса для трех видов (ель сербская, лиственница сибирская и пихта белая), а циркон только для одного (сосна черная австрийская). Конечно, не вызывает сомнения тот факт, что предварительная оценка влияния ФАВ на регенерационный процесс позволит в какой-то степени использовать эти результаты при прививке хвойных интродуцентов с целью повышения эффективности прививочных операций.

Если положительное влияние ФАВ в данном эксперименте не вызывает сомнения, то степень этого влияния, бесспорно, будет иметь весьма важное значение при выборе того или другого препарата для воздействия на регенерационные процессы в зоне срастания прививок. Поэтому очень важным моментом является выявление величины стимулирующего эффекта для каждого вида. Из данных табл. 1 видно, что самые высокие показатели стимулирующего эффекта показал препарат эпин для А.а1Ьа. Как уже отмечали, чем выше число показателя величины стимулирующего эффекта И, тем сильнее препарат проявляет себя как биостимулятор. В то же время величина этого показателя не может быть выше, чем максимально возможный теоретический показатель, число 4, то есть от 0 до 4 стимулирующие свойства возрастают, а ниже 0 препарат проявляет себя как ингибитор.

При этом особенно надо подчеркнуть, что один и тот же препарат для некоторых видов может проявлять себя как лучший стимулятор по сравнению с другими препаратами, а для других видов тот же самый препарат показывает более низкие стимулирующие способности по сравнению с другими препаратами.

Как уже отмечали, если эпин проявил себя как лучший стимулятор для пихты белой (И = 1,70), для ели сербской (И = 0,85) и для лиственницы сибирской (И = 0,97), то его влияние на регенерацию у сосны черной австрийской самое слабое (И = 0,76) по сравнению с другими препаратами (циркон И = 1,49 и корневин И = 0,96).

Таким образом, проведенное нами сравнительное изучение образования каллуса в результате ранения периферийных тканей у четырех видов хвойных интродуцентов без применения и с применением ФАВ показало, что на регенерационные процессы, протекающие при ранении тканей, к которым можно отнести и ранения при прививочных операциях, можно успешно влиять при помощи различных стимулирующих веществ.

Для проверки достоверности сделанных выводов и предположений полученные экспериментальные данные были подвергнуты математической обработке при помощи двухфакторного дисперсионного анализа (табл. 2).

Статистическая обработка цифрового материала, полученного в результате проведенного опыта (табл. 2), позволила в первую очередь провести оценку достоверности результатов и во вторую - правильно их обобщить при сравнительном анализе.

В результате дисперсионного анализа (табл. 2) были получены данные, позволяющие выделить долю влияния каждого из факторов. В данном эксперименте фактором 2 явилась доля влияния ФАВ на каллусо-образование, а фактором 1 - доля влияния видовых особенностей хвойных интродуцентов. О доле совокупного влияния на каллусообразование неучтенных в данном опыте факторов можно судить по величине остаточного варьирования экспериментальных данных.

Таблица 2

Результаты двухфакторного дисперсионного анализа по данным таблицы 4 (фактор 1 - влияние видовых особенностей; фактор 2 - действие ФАВ)

Вариабельность данных Сумма квадратов отклонений Степень свободы, V Дисперсия, ст Критерий Фишера

Р Р' (Р = 95%)

Общая 11988,00 15 799,20

По градациям фактора 1 (влияние видовых особенностей) 576,33 3 192,11 2,55 3,86

По градации фактора 2 (действие ФАВ) 10733,08 3 3577,69 47,45 3,86

Остаточное 678,59 9 75,40

Примечание. Общая средняя арифметическая каллусообразования уСр=50,44±2,17; ошибка общей средней арифметической - т^=2,17; показатель точности опыта - Р=4,3%<5%.

Как видно из данных табл. 2, фактическое значение критерия Фишера по оценке и выявлению доли влияния ФАВ на регенерацию каллуса (Р = 47,45) намного больше его табличного значения (Р'1 = 3,86) при 95%-м уровне точности опыта. Можно с уверенностью считать положительное действие применяемых в данном опыте стимулирующих веществ доказанным. Судя по данным, полученным для другого фактора, влияние видовых особенностей объектов изучения на результаты достоверного влияния не оказали, так как вычисленная величина числа Фишера Р = 2,55, что меньше, чем его критическое табличное значение Р'1 = 3,86. Полученные в результате математической обработки данные эксперимента позволили выделить участие каждого из факторов. Видно, что наиболее сильное и достоверное влияние на регенерацию каллуса оказали стимулирующие свойства применяемых препаратов. На их долю можно отнести значительную часть образовавшегося каллуса, судя по сумме квадратов отклонений - 10733,08. Доля влияния видовых особенностей (сумма квадратов отклонений 576,33) и неучтенные в данном опыте факторы (остаточная сумма квадратов отклонений 678,59) невелики. К неучтенным неорганизованным факторам в данном опыте можно отнести техническое выполнение вырезов, влияние окружающей среды и др. В целом полученные результаты дисперсионного анализа подтвердили правильность сделанных выводов и предположений при сравнительном анализе экспериментальных данных.

Обобщая вышеизложенное, можно отметить, что применяемые в данном эксперименте ФАВ в весенний период оказали доказанное существенное влияние на каллусообразование у четырех видов хвойных интродуцентов в условиях ГБС им. Н.В. Цицина РАН. Бесспорным доказательством этому служит вычисленная величина точности опыта Р = 4,3% меньше критической 5%-й величины.

Во втором варианте опыта, кроме трех стимулирующих препаратов - циркона, эпина и корневина, были добавлены еще два малоизученных, но широко рекламируемых препарата: рибав экстра и пенергетик Р. Проведенные в начале лета экспериментальные работы и полученные в результате экспериментальные данные представлены в табл. 3. Видно, что, как и в весенние сроки, те же самые виды реагируют на обработку вырезов стимулирующими веществами и препаратами. Прежде чем приступить к подробному анализу результатов опыта, надо сразу отметить тот факт, что использование препарата пенергетик в качестве сти-

мулятора дал обратный результат, при этом для всех четырех видов. В данном случае результаты, полученные для контроля, гораздо выше, чем результаты, полученные в вариантах обработки препаратом пенерге-тик, а это указывает на то, что данный препарат в рекомендуемых производителем дозах на те виды хвойных интродуцентов, которые использовались в данном эксперименте, действует как ингибитор, т.е. подавляет калусообразовательный процесс. Кроме того, полученные результаты указывают на то, что в этот период вегетации активные меристематические ткани в зоне ранения реагируют положительно при воздействии остальных стимулирующих препаратов и веществ.

В летние сроки наиболее сильное положительное влияние на каллусообразование у ели сербской оказал эпин (52,7%), у лиственницы сибирской циркон (92,7%), у пихты белой рибав экстра (82,6%) и у сосны черной австрийской корневин (78,9%). Таким образом, судя по этим данным, можно с большой долей уверенности предположить, что в этот период регенерационные процессы у изучаемых объектов идут очень интенсивно и вновь образованные ткани реагируют хотя и бесспорно положительно, но по-разному и, по-видимому, избирательно на действие различных препаратов.

Таблица 3

Оценка стимулирующего влияния ФАВ в летние сроки (01.06 - 30.07) у хвойных интродуцентов

Название растения Название ФАВ Образование каллуса за 60 суток, % Балл, В Величина стимулирующего эффекта, R

Ель сербская Контроль 47,4 1,90 -

Picea omorica Циркон 51,0 2,04 0,14

Эпин 52,7 2,11 0,21

Корневин 51,5 2,06 0,16

Рибав экстра 50,4 2,02 0,12

Пенергетик 39,5 1,5B -0,32

Лиственница си- Контроль 69,7 2,79 -

бирская Циркон 92,7 3,71 0,92

Larix sibirica Эпин 79,4 3,1B 0,39

Корневин 72,0 2,BB 0,09

Рибав экстра B4,9 3,40 0,61

Пенергетик 64,0 2,56 -0,23

Пихта белая Контроль 62,7 2,51 -

Abias alba Циркон 69,0 2,76 0,29

Эпин 77,4 3,10 0,59

Корневин 64,0 2,56 0,05

Рибав экстра B2,6 3,30 0,79

Пенергетик 57,7 2,31 -0,20

Сосна черная Контроль 62,6 2,50 -

Pinus nigra Циркон 69,9 2,B0 0,30

Эпин 71,0 2,B4 0,34

Корневин 7B,9 3,06 0,56

Рибав экстра 69,7 2,79 0,29

Пенергетик 52,7 2,11 -0,39

Сравнивая между собой результаты, полученные в весенний период (табл. 3), и результаты, полученные в летние сроки, можно отметить, что в весенний период эпин оказал наиболее высокий стимулирующий эффект у трех из четырех видов хвойных: Р.отопса, 1.$1Ьтсэ и А.а1Ьа, а в летний период только у Р.отопса. Самое слабое, но положительное, влияние на каллусообразование в весенний период оказал корневин, при этом независимо от видовых особенностей растений (табл.3), а в летний период корневин показал самое низкое, но положительное, влияние у двух видов 1.$№са и А.а1Ьа, рибав экстра - у Р.п1дга и Р.отопса (табл.3).

Оценивая величину стимулирующего эффекта для каждого препарата, можно отметить, что наиболее высокие стимулирующие свойства показал циркон (Я = 0,92) при обработке ран у лиственницы сибирской, рибав экстра (Я = 0,79) и эпин (Я = 0,59) проявили свои лучшие стимулирующие свойства при обработке вырезов у пихты белой.

Бесспорно одно, что применение различных по своему составу препаратов оказывает определенное влияние на регенерационный процесс в целом и на каллусообразование в частности. Полученные результаты дают основание высказать предположение, что при помощи правильно выбранного препарата успешно можно влиять и на регенерационный процесс в зоне срастания у привитых растений и в результате в какой-то степени повлиять на эффективность прививочных операций.

Сделанные предварительные выводы и оценка результатов подтверждены математической обработкой опытных данных табл. 3.

Так как вычисленное значение критерия Фишера для оценки действия ФАВ на регенерацию каллуса (Р=5,91) больше его табличного значения (Р'=3,41), можно с уверенностью сказать, что полученные данные вполне достоверны. Применяемые в данном опыте препараты циркон, эпин, корневин и рибав экстра можно успешно применять в качестве стимуляторов для повышения эффективности прививочных операций, как в весенние, так и в летние сроки. Обработка зоны ранения смоченным в стимулирующем растворе кусочком поролона и последующее закрепление его на вскрытой раневой поверхности оказалось вполне приемлемым способом, который успешно можно применить для обработки зоны срастания при прививках.

Существенное влияние на каллусообразование в летние сроки оказало и физиологическое состояние опытных растений, что не наблюдалось в весеннем периоде. Вычисленное значение критерия Фишера Р=20,15 намного больше, чем его табличное значение Р'=3,49, а это указывает на то, что в летний период вегетации изучаемые хвойные интродуценты находятся в фазе, наиболее благоприятной для проведения прививочных работ.

Таблица 4

Результаты двухфакторного дисперсионного анализа по данным таблицы 3 (фактор 1 - влияние видовых особенностей; фактор 2 - действие ФАВ)

Вариабельность данных Сумма квадратов отклонений Степень свободы, V Дисперсия, ст Критерий Фишера

Р Р' (Р = 95%)

Общая 3725,95 19 196,10

По градациям фактора 1 (влияние видовых особенностей) 2344,01 3 781,33 20,15 3,49

По градации фактора 2 (действие ФАВ) 916,69 4 229,17 5,91 3,41

Остаточное 465,26 12 38,77

Примечание. Общая средняя арифметическая каллусообразования ^сР=66,55; ошибка общей средней арифметической - т^=±1,39; показатель точности опыта - Р=2,09%<5%.

В заключение хочется подчеркнуть, что не все рекомендуемые и предлагаемые торговой сетью препараты можно использовать в качестве стимулирующих веществ, как, например, в нашем эксперименте, препарат пенер-гетик. Поэтому очень важным моментом является то, какие препараты, в какие сроки и на каких объектах проявляют наиболее эффективно свои стимулирующие свойства. Все вышеизложенное указывает на то, что эти вопросы можно решить при помощи предложенных и экспериментально проверенных нами методов.

Литература

1. Древесные растения ГБС АН СССР. - М., 1975. - 547 с.

2. Зайцев, Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике / Г.Н. Зайцев. - М., 1984. - 424 с.

3. Кръстев, М.Т. Оценка пригодности ФАВ для стимулирования регенерационных процессов при прививке: мат-лы V Междунар. науч. конф. / М.Т. Кръстев, И.А. Бондорина, Г.А. Седов. - М., 2006. - С.77-80.

4. Фурст, Г.Г. Влияние прививочного ранения на структуру и функцию смоляных ходов стебля в межвидовых прививках сосен / Г.Г. Фурст, Б. Богданов // Лесоведение. - 1978. - №3. - С.50-59.