Особливості взаємодії бука лісового та ялиці білої в умовах Прикарпаття

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки України

Український державний лісотехнічний університет

Спеціальність 06.03.01 - Лісові культури, селекція, насінництво

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Особливості взаємодії бука лісового та ялиці білої в умовах Прикарпаття

Гречаник Руслан Мар'янович

Львів - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі лісових культур і лісової селекції Українського державного лісотехнічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

Баранецький Григорій Григорович,

Український державний лісотехнічний університет,

професор кафедри лісових культур та лісової селекції

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Гордієнко Михайло Іванович,

Національний аграрний університет, професор кафедри лісових культур і фітопатології;

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник

Бродович Роман Іларіонович,

Український НДІ гірського лісівництва ім. П.С. Пастернака, завідувач лабораторією лісовідновлення

Провідна установа: Інститут екології Карпат НАН України, відділ охорони природних екосистем, м. Львів

Захист відбудеться 14 червня 2002 р. о _12__ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.072.02 в Українському державному лісотехнічному університеті Міністерства освіти та науки України за адресою: 79057, Львів, вул. генерала Чупринки, 103, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського державного лісотехнічного університету за адресою: 79057, Львів, вул. генерала Чупринки, 101.

Автореферат розісланий 14 травня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради М.Н. Зеленський

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми дисертації. Пізнання алелопатичних особливостей взаємодії основних лісоутворюючих порід Прикарпаття - бука лісового (Fagus silvatica L.) та ялиці білої (Abies alba Mill.), розробка ефективних і рентабельних технологій мікроклонального розмноження досліджуваних порід із заданим генотипом необхідні для вирішення таких важливих завдань, як відновлення та розведення лісу із заданими якісними характеристиками генотипів, забезпечення раціональної зміни порід у лісових насадженнях і формування їх оптимальної структури.

Проведені дослідження дозволяють пояснити позитивні і негативні впливи у взаємовідносинах деревних порід, зміну агрохімічних та водно-фізичних властивостей ґрунту під впливом лісової рослинності, процес природної зміни деревних порід через алелопатичне ґрунтовтомлення, здатність рослинної тканини регенерувати цілу рослину із заданим генотипом. Отримані результати досліджень дадуть можливість врахувати вплив алелопатичного фактору при створенні продуктивних і стійких ялицево-букових фітоценозів заданих генотипів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Напрямок дослідження дисертаційної роботи узгоджується з науково-дослідною роботою кафедри: "Дослідження нових регуляторів росту у культурі тканин рідкісних і господарсько-цінних видів рослин України з метою їх збереження і відтворення ресурсного потенціалу" (ДБ 11.04-97, держреєстраційний номер УкрІНТЕІ 0197U008796) і є її органічною частиною.

Мета і задачі досліджень. Метою досліджень є вивчення фізіолого-біохімічних особливостей взаємодії бука лісового та ялиці білої в умовах Прикарпаття та розроблення сучасного високоефективного методу розмноження садивного матеріалу бука лісового із заданим генотипом. Для досягнення поставленої мети вирішували наступні задачі:

вивчення впливу біологічної активності екзометаболітів бука лісового та ялиці білої на проростання насіння і ріст тест-рослин;

виявлення динаміки активності екзометаболітів бука лісового та ялиці білої протягом вегетаційного періоду та встановлення залежності біологічної активності екстрактів екзометаболітів від їх концентрації;

дослідження впливу алелопатичного фактору на ріст бука лісового та ялиці білої у водних і ґрунтових культурах та у культурі in vitro;

аналіз природного поновлення та оцінка залежності впливу попередників і складу лісових порід на продуктивність насадження;

вивчення впливу екзометаболітів на водно-фізичні та агрохімічні властивості ґрунту; бук ялиця продуктивність насадження

вивчення хімічної природи виділень бука лісового та ялиці білої та біологічної активності ідентифікованих речовин;

дослідження нових регуляторів росту у культурі тканин бука лісового з метою масового розмноження його садивного матеріалу із заданим генотипом.

Об'єкт досліджень - буково-ялицеві насадження Прикарпаття.

Предмет досліджень - взаємодія бука лісового та ялиці білої.

Методи досліджень: методи екстрагування, метод біотестів на проростання насіння та ріст загально-прийнятих в алелопатії тест-рослин, метод біопроб на проростання насіння лісових порід, методи вивчення алелопатичної толерантності у водних, ґрунтових культурах і у культурі in vitro, методи газової, тонкошарової хроматографії і спектрофотометрії, метод культури тканин.

Наукова новизна роботи. Вперше в умовах Прикарпаття визначено біологічну активність і хімічну природу екзометаболітів бука лісового та ялиці білої. Модифіковано методики фізіолого-біохімічних досліджень екзометаболітів та вивчення алелопатичної ґрунтовтоми. Вивчено вплив алелопатичного фактору на ріст і розвиток насаджень досліджуваних лісових порід. Вперше розроблено ефективну технологію мікроклонального розмноження бука лісового визначеного генотипу. Досліджено генетичний механізм алелопатії при виявленні впливу екзометаболітів ялиці білої на процес органогенезу бука лісового при вирощуванні in vitro.

Практична цінність. Отримані результати фізіолого-біохімічних особливостей взаємодії бука лісового та ялиці білої використані для наукового обґрунтування принципів створення буково-ялицевих культур в умовах Прикарпаття з врахуванням впливу алелопатичного фактору та регулювання водно-фізичних і агрохімічних властивостей ґрунту шляхом створення насаджень з досліджуваних лісових порід. Розроблена методика мікроклонального розмноження дозволить у короткі терміни отримувати необхідну кількість садивного матеріалу бука лісового із заданим генотипом. У фармакологічному виробництві пропонується застосування ідентифікованих речовин екзометаболітів бука лісового та ялиці білої для виробництва ліків.

Особистий внесок здобувача. Автором зібрано експериментальний матеріал з 22 пробних площ, проведено обробку та аналіз матеріалів досліджень. Вивчено біологічну активність бука лісового і ялиці білої, зроблено газохроматографічний аналіз екзометаболітів досліджуваних лісових порід, кількісне визначення флавоноїдів спектрофотометричним методом і якісне визначення флавоноїдів методом тонкошарової хроматографії, розроблено методику мікроклонального розмноження бука лісового. Автором також проведено вивчення впливу алелопатичного фактору на ріст і розвиток насаджень бука лісового і ялиці білої та дослідження дії екзометаболітів цих деревних порід на водно-фізичні та агрохімічні властивості ґрунту.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи та результати досліджень були викладені і обговорені на науково-технічних конференціях УкрДЛТУ, які проводились протягом 1996-2001 років та на 4 міжнародних конференціях і конгресах (Мінськ, 2000; Старичі, 2000; Тернопіль, 2001; Львів, 2001).

Публікації. Результати дисертації опубліковані у 13 наукових роботах, у т. ч. 8 - у фахових виданнях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 7 розділів, висновків і рекомендацій, списку використаних джерел, який включає 272 найменування. Повний обсяг роботи - 221 сторінка машинописного тексту, 12 рисунків, 25 таблиць, 10 додатків.

Зміст роботи

історія та стан вивчення проблеми

Аналіз вітчизняної та зарубіжної літератури свідчить, що ґрунтових досліджень особливостей взаємодії бука лісового та ялиці білої в умовах Прикарпаття не проводилось. Виняток становлять деякі відомості про біологічну активность і хімічну природу екзометаболітів досліджуваних рослин (Галушко, 1964; Митин, 1972; Лихолат, 1983; Уголев, 1986; Голубец, 1988; Баранецький, 1990) та з мікроклонального розмноження бука лісового і ялиці білої (Chalupa, 1985; Момот, 1988; Jorgensen, 1988; Козлов, 1994). На цій підставі обґрунтованог необхідність вивчення питання про роль алелопатичного фактора у взаємовідносинах досліджуваних лісових порід, намічено напрямки і завдання досліджень.

природні умови, ОБ'ЄКТИ і МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Характеристика природних умов району досліджень. На підставі огляду літератури описано географічне положення, гідрологічні та гідрографічні умови, рельєф і ґрунти, клімат, лісову рослинність району досліджень.

Характеристика об'єктів досліджень. Для проведення досліджень у межах Прикарпатського лісогосподарського району закладені 22 постійні пробні площі, згідно з ОСТом 56-69-83. Об'єктами досліджень були чисті і змішані штучні лісові насадження з наявністю у складі бука лісового та ялиці білої.

Біолого-екологічні особливості досліджуваних порід. На основі літературних даних наведена біолого-екологічна характеристика, природні ареали зростання, використання сировини бука лісового та ялиці білої у різних галузях народного господарства.

Методика досліджень. Для проведення алелопатичних досліджень аналізу піддавалося листки та хвоя, листовий та хвойний опад, корені, прижиттєві кореневі виділення, насіння та ґрунт з-під дерев бука лісового та ялиці білої, взяті на всіх закладених пробних площах. Екстрагування джерел екзометаболітів та вивчення біологічної активності на тест-об'єктах (редиска Raphanus sativus L. сорт "Червоний з білим кінчиком", крес-салат Lepidium sativum L.) проводилось за методиками А.М. Гродзінського (1973, 1987). Крім цих загальноприйнятих біотестів застосовували біопроби на проростання насіння лісових порід (Баранецький, 1990). Концентрації колінів досліджували за розробленою П.А. Морозом (1973) методикою. Біологічну активність екзометаболітів, толерантність і аутотолерантність бука лісового та ялиці білої вивчали також у водних і ґрунтових культурах за модифікованою нами методикою Г.Г. Баранецького (1990) та на чуттєвому тесті для визначення впливу екзометаболітів ялиці білої на процес органогенезу бука лісового при вирощуванні in vitro за модифікованою методикою О.Я. Гумницької (1994).

При визначенні хімічної природи екзометаболітів бука лісового та ялиці білої проведено газохроматографічний аналіз за модифікованою нами методикою В.І. Большакової (1987) у відділі контролю якості ВАТ "Галичфарм". Кількість ідентифікованої речовини у джерелах екзометаболітів визначали за розробленою нами формулою:

, (1)

де: а₁ - кількість ідентифікованої речовини в 1 мл екстракту з джерел екзометаболітів досліджуваних порід, г/мл; а₂ - кількість індивідуального стандарту речовини в 1 мл розчину, г/мл; S₁ - площа піку ідентифікованої речовини на хроматограмі екстракту з джерела екзометаболітів (відповідає щільності функції); S₂ - площа піку на хроматограмі індивідуального стандарту ідентифікованої речовини (відповідає щільності функції).

Спектрофотометричне визначення флавоноїдів у джерелах екзометаболітів бука лісового та ялиці білої за модифікованою методикою А.Р. Гусєвої, М.Н. Нестюка (1953) та ідентифікацію флавоноїдів за модифікованим нами методом тонкошарової хроматографії проведено на кафедрі фармакогнозії Тернопільської державної медичної академії ім. І.Я. Горбачевського. Вміст суми флавоноїдів у перерахунку на рутин визначали за формулою Е.П. Кемеркелідзе, В.П. Георгієвського (1976).

Інактивуючу здатність ґрунту та зміну екзометаболітами водно-фізичних та агрохімічних властивостей ґрунту досліджували за методикою Баранецького (1990).

Мікроклональне розмноження бука лісового з метою отримання масової кількості його садивного матеріалу із заданим генотипом проводили за розробленою нами методикою у лабораторії культури тканин кафедри лісових культур і лісової селекції.

Отримані експериментальні дані опрацьовували загальноприйнятими методами математичної статистики з допомогою програмного забезпечення Excel і Statistica. Статистична обробка підтвердила достовірність отриманих результатів і доцільність проведення досліджень.

Фізіологічна активність екзометаболітів бука лісового та ялиці білої

Необхідно зазначити, що до цього часу практично відсутні дані про фізіологічну активність екзометаболітів багатьох основних лісотвірних деревних порід, у тому числі бука лісового та ялиці білої. Майже не вивченими залишаються такі питання, як вплив виділень досліджуваних рослин, що поступають у довкілля з живого чи відмерлого листя, кори, гілок і коріння, тривалість їхньої дії, залежність активності від концентрації. Важливим є вивчення питання стійкості рослин до своїх виділень (алелопатична аутотолерантність).

Першим об'єктом для вивчення активності рослинних виділень ми взяли дуже багате джерело фізіологічно активних речовин у лісових угрупованнях - листковий та хвойний опад. Для прикладу, у букових лісах листовий опад сягає у середньому 50 ц/га (Родин, Базилевич, 1965). Речовини, з яких він складається, мають сильну токсичну дію (Гродзинский, Головко и др., 1987). Максимум активності екзометаболітів підстилки букових насаджень відзначають у жовтні та липні (Посохлярова, Попова, 1976). Як відомо (Дебринюк, Калінін, Оприсько, 1995), у цей же ж час опадає насіння бука лісового (жовтень - початок листопаду) та ялиці білої (вересень - жовтень), при набубнявінні якого разом із стоком води у ґрунт надходять і біологічно активні речовини. Відповідно, ці сполуки можуть впливати на проростання і вихід насіння із стану спокою.

Дані проведених досліджень свідчать, що водорозчинні речовини опаду бука лісового суттєво впливають як токсини на проростання власного насіння і насіння редису, та як стимулятори - на ріст корінців крес-салату і на проростання насіння ялиці білої. Екзометаболіти опаду ялиці білої пригнічували проростання власного насіння, насіння редису і стимулювали ріст корінців крес-салату та проростання насіння бука лісового.

Очевидно, така дія фізіологічно-активних речовин опаду зумовлена неоднаковим впливом на процеси, пов'язані з виходом насіння із стану спокою та на ріст коренів тест-рослин. Стимулюючий чи токсичний вплив екзометаболітів залежить значною мірою від їх хімічного складу і концентрації. Тому вивчено вплив алелопатично активних речовин листового опаду бука лісового і ялиці білої різних концентрацій. Наші досліди у природних умовах показали, що із свіжого листового опаду першим дощем вимивається кількість колінів, що відповідає за активністю добовій витяжці у співвідношенні 1:50, а при наступних дощах - 1:100. Це дає підстави вважати, що водні витяжки із рослинних залишків 1:100 - 1:200 найближчі до концентрацій колінів, що існують у природних умовах. Екзометаболіти опаду досліджуваних порід у концентрації 1:100 - 1:200 діяли на проростання насіння редиски теж як інгібітори (рис. 1).

Для порівняння нами було проведено дослідження впливу водних екстрактів з опаду бука лісового та ялиці білої на проростання насіння туї західної і сосни Веймута. У концентрації 1:100 екстракти впливали як інгібітори проростання (43,7 % та 84,1 % до контролю).

Дослідження алелопатичної активності рослин потребує вивчення токсичності прижиттєвих кореневих виділень бука лісового та ялиці білої, тому що не завжди фізіологічно активні речовини, які екстрагуються водою із подрібненого коріння виділяються у середовище у процесі нормального метаболізму рослин (табл. 1).

Треба відзначити, що токсичність екстрактів із коріння не завжди корелює з активністю кореневих виділень, що пов'язано з більш активною ексудацією ростінгібуючих сполук корінням.

Таблиця 1

Вплив екзометаболітів на проростання насіння та ріст тест-рослин

Джерело екзометаболітів	Активність в умовних кумаринових одиницях, УКО	Проростання насіння,  % до контролю	Приріст коренів крес-салату,  % до контролю
		бук лісовий	ялиця біла
Прижиттєві кореневі виділення бука лісового	24	88	143	131
Прижиттєві кореневі виділення ялиці білої	70	122	63	84
Fф	995,3	715,6	1948,6	451,5

Результати дослідження біологічної активності екзометаболітів коренів, зеленого листя та хвої підтвердили аутоінтолерантність досліджуваних лісових порід і те, що вплив між ними є взаємостимулюючим.

Хімічна природа екзометаболітів досліджуваних лісових порід

Газохроматографічне визначення речовин, що виділяються досліджуваними лісовими породами. Недостатнє вивчення хімічної природи виділень деревних рослин - один із факторів, що гальмують розвиток уявлень про роль хімічної взаємодії у формуванні лісових угрупувань.

При визначенні хімічної природи екзометаболітів бука лісового і ялиці білої було проведено екстрагування дослідного матеріалу нагрітою до температури 80 ^оС дистильованою водою, що зумовлено кращою розчинністю при даній температурі очікуваних у пробах кислот. Для виявлення флавоноїдів та речовин іншої хімічної природи ми проводили екстрагування дослідного матеріалу етанолом.

Отримані екстракти хроматографували при заданих умовах на газовому хроматографі Varian Star 3400. Оскільки метод газової хроматографії є відносним, були проаналізовані індивідуальні стандарти доступних нам речовин у тих же умовах. Підтвердженням ідентифікації кожної речовини було повторне хроматографування зразка проби з додаванням індивідуального стандарту - доказом було зростання піку ідентифікованоі речовини. Наступним етапом дослідження хімічної природи екзометаболітів бука лісового та ялиці білої було визначення кількісних характеристик ідентифікованих при хроматографічному аналізі речовин за розробленою нами формулою (1).

Серед комплексу речовин, що входять до складу досліджуваних джерел екзометаболітів, нами кількісно та якісно ідентифіковано борнеол, борнілацетат, карвакрол, ліналоол, ментол, аскорбінову, бузкову, винну, галову, кофейну, цитринову, щавлеву, яблучну та янтарну кислоти. І хоч дію цих речовин потрібно розглядати у комплексі, було проведене вивчення фізіологічної активності декількох характерних або близьких по структурі речовин. Найбільшою інгібуючою активністю володіла абсцизова кислота (повністю пригнічувала проростання насіння редиски). Відповідно менш активними у порядку спадання в алелопатичному відношенні виступали кавова і галова кислоти.

Визначення флавоноїдів з джерел екзометаболітів бука лісового та ялиці білої. Флавоноїди - це кристалічні сполуки високої біологічної активності. Вони у більшій чи меншій мірі містяться майже в усіх вищих рослинах, рідше трапляються у мікроорганізмів, локалізуються головним чином у листках, квітах і плодах, рідше у стеблах і підземних органах (Блінова, Борисова та ін., 1990).

З допомогою методу диференційної спектрофотометрії нами кількісно визначено флавоноїди серед комплексу речовин екзометаболітів бука лісового та ялиці білої. Вміст суми флавоноїдів визначили у перерахунку на рутин. З досліджуваних джерел екзометаболітів найбільше флавоноїдів міститься в опаді бука лісового і опаді ялиці білої (див. табл. 2).

Таблиця 2

Дані спектрофотометричного визначення флавоноїдів у зразках природних об'єктів

№ п/п	Назва зразка	Маса зразка, г	Об'єм зразка, мл	Оптична густина зразка	Вміст суми флавоноїдів, %
1	Ялиця біла ґрунт	5.51025	13,8	0,002	0,00
2	Ялиця біла корені	5,22755	25	0,038	0,02
3	Ялиця біла опад	5,00555	25	0,208	0,12
4	Ялиця біла насіння	5,04360	25	0,069	0,04
5	Бук лісовий ґрунт	4,97410	15,4	0,002	0,00
6	Бук лісовий корені	4,97425	30	0,047	0,03
7	Бук лісовий опад	4,98820	25	0,947	0,57
8	Бук лісовий оплодень	5,03750	12,4	0,218	0,06
9	Бук лісовий насіння	5,01590	15,8	0,013	0,005

В цих джерелах ідентифіковано рутин, кверцетин, ізосаліпурпозид і невідомі речовини з R_f близько 0,25; 0,3; 0,47; 0,54; 0,71; 0,72; 0,97.

вивчення впливу алелопатичного фактору у водних і ґрунтових культурах

Вивчення впливу алелопатичного фактору на водні культури сіянців досліджуваних рослин. Для вивчення впливу алелопатичного фактору нами було проведено досліди на водних культурах бука лісового та ялиці білої, що дало можливість виключити дію всіх інших чинників.

Результати проведених досліджень свідчать, що екзометаболіти бука лісового у концентраціях 1:200-1:500 стимулюють ріст сіянців ялиці білої та пригнічують ріст власних сіянців (відповідно 111-123 % та 57-82 % до контролю), а екзометаболіти ялиці білої у концентраціях 1:200 - 1:500 стимулюють ріст сіянців бука лісового та пригнічують ріст власних сіянців (відповідно 115-140 % та 52-88 % до контролю). Це дає підставу вважати, що бук лісовий і ялиця біла є аутоінтолерантними лісовими породами, а при сумісному рості у водних культурах їх алелопатичний вплив є взаємостимулюючим (відповідно 131 % і 116 % до контролю).

Вивчення впливу алелопатичної ґрунтовтоми на ріст досліджуваних рослин у ґрунтових культурах. Щоб дізнатись, чи виправданим є поєднання у насадженнях таких важливих лісотвірних порід, як бук лісовий і ялиця біла та визначити принципи раціональної зміни цих порід, ми провели ряд вегетаційних дослідів в Журавнівському лісництві Стрийського держлісгоспу. Насіння бука лісового та ялиці білої висівалось у ґрунт з галявини (контроль), ґрунт з-під бука лісового і у ґрунт з-під ялиці білої, маючи на меті створити як змішані, так і монокультури. По закінченні експерименту сіянці викопували і вимірювали їх висоту стовбура, довжину кореневої системи та товщину кореневої шийки (табл. 3).

Таблиця 3

Морфометричні показники росту сіянців бука лісового та ялиці білої

в ґрунтових культурах (% - до контролю)

Варіант досліду	Бук лісовий	Ялиця біла
	Висота стовбура	Довжина кореневої системи	Діаметр кореневої шийки	Висота стовбура	Довжина кореневої системи	Діаметр кореневої шийки
	Хсmхс, см	%	Хсmхс, см	%	Хсmхс, мм	%	Хсmхс, см	%	Хсmхс, см	%	Хсmхс, мм	%
І (змішані культури на ґрунті з поляни)	29,3 0,02	127	21.7 0,04	131	5,73 0,05	130	36,8 0,04	125	22,0 0,03	121	6,80 0,05	118
II (контроль - ґрунт з галявини)	Чисті культури	22,2 0,02	100	15,5 0,04	100	4,41 0,06	100	-	-	-	-	-	-
III (контроль - ґрунт з галявини)		-	-	-	-	-	-	29,4 0,05	100	18,2 0,03	100	5,77 0,06	100
IV (ґрунт з-під бука лісового)		20,1 0,03	87	14,3 0,04	86	3,66 0,06	83	-	-	-	-	-	-
V (ґрунт з-під бука лісового)		-	-	-	-	-	-	35,9 0,04	122	21,3 0,03	117	6,63 0,06	115
VI (ґрунт з-під ялиці білої)		28,6 0,03	124	20,6 0,04	124	5,87 0,05	133	-	-	-	-	-	-
VII (ґрунт з-під ялиці білої)		-	-	-	-	-	-	26,2 0,06	89	16,0 0,03	88	4,78 0,06	83

Отримані дані дають підставу вважати, що ялиця біла та бук лісовий є аутоінтолерантними лісовими породами, а при сумісному зростанні у досліджуваних нами ґрунтово-кліматичних умовах їх вплив є взаємостимулюючим. Необхідним при цьому є встановлення оптимальних пропорцій змішування.

Дослідження механізмів алелопатичної взаємодії

бука лісового та ялиці білої

Генетичний аспект. Інгібування чи стимулювання ростових процесів під дією екзометаболітів може бути зумовлено не лише впливом на такі процеси як фотосинтез, транспортування метаболітів, надходження води, мінеральних речовин та інше, але й прямою дією на процеси поділу, розтягування і диференціації клітин.

При вивченні фізіолого-біохімічних основ морфо- і органогенезу вищих рослин нами використано метод культури тканин, який дає чудову можливість вивчати дію трофічних і гормональних факторів на процеси морфогенезу.

Тому нами було вивчено вплив екзаметаболітів ялиці білої на процес органогенезу бука лісового при вирощуванні in vitro, а саме: на дедиференціацію у сегментах гіпокотиля та у сегментах очищених бруньок однорічного сіянцю. Експлантанти, середовища і регулятори росту для експерименту брали ті ж самі, що і у мікроклональному розмноженні бука лісового. Водні витяжки з опаду ялиці білої вивчали у співвідношеннях 1:10, 1:100, 1:200, 1:300.

При вирощуванні експлантантів бука лісового на середовищах з регуляторами росту і витяжками з опаду ялиці білої спостерігали різні потреби в БАП (6-бензиламінопурину) у сегментів гіпокотилів з одного боку, і у сегментів бруньок з іншого (табл. 4).

Таблиця 4

Ініціація пагонів у експлантантів бука лісового у результаті впливу регуляторів росту і витяжки з опаду ялиці білої (середовище DKW, концентрація тідіазурону 0,05 мг/л)*

Концентрація БАП, мг/ л (при 0,1 мг/ л НОК)	Водний екстракт із опаду ялиці білої
	1:10	1:100	1:200	1:300
	час ініціації, тижні	середня кількість пагонів, шт.	час ініціації, тижні	середня кількість пагонів, шт	час ініціації, тижні	середня кількість пагонів, шт.	час ініціації, тижні	середня кількість пагонів, шт.
Сегментів гіпокотилю
0,4	9	3,1(0,0172)	9	3,3(0,0183)	9	3,2(0,0178)	9	3,0(0,0167)
0,6	8	5,2(0,0289)	8	5,9(0,0327)	8	5,6(0,0311)	8	5,3(0,0294)
0,8	9	4,2(0,0233)	9	4,4(0,0244)	9	4,5(0,0250)	9	4,2(0,0233)
1,0	9	2,2(0,0122)	9	2,7(0,0150)	9	2,6(0,1444)	9	2,5(0,0138)
Очищеної бруньки однорічного сіянцю
0,4	6	0,9(0,0050)	6	1,1(0,0062)	6	1,3(0,0072)	6	1,0(0,0056)
0,6	5	3,4(0,0189)	5	3,7(0,0206)	5	3,6(0,0200)	5	3,6(0,0200)
0,8	4	5,6(0,0311)	4	5,8(0,0322)	4	5,6(0,0311)	4	5,5(0,0306)
1,0	5	3,8(0,0211)	5	3,9(0,0217)	5	3,9(0,0217)	5	3,9(0,0217)

*В дужках вказано ймовірність ініціації пагонів бука лісового залежно від зміни впливу регуляторів росту і концентрації водної витяжки з опаду ялиці білої.

При цьому очищені бруньки виявились менш чутливими до впливу витяжок з опаду ялиці білої, ніж сегменти гіпокотиля. Так, максимальна кількість пагонів на експлантант у сегментів гіпокотиля утворювалась при 0,6 мг/л БАП на середовищі DKW з водною витяжкою з опаду ялиці білої у співвідношенні 1:100, а у бруньок - при 0,8 мг/ л БАП на середовищі DKW з водною витяжкою з опаду ялиці білої у співвідношенні 1:100. При чому, з точки зору прискорення часу ініціації, рекомендується використовувати у ролі експлантантів очищені бруньки однорічних сіянців.

Найкращого результату у мікроклональному розмноженні бука лісового було досягнуто при використанні в якості експлантантів сегментів гіпокотиля, які культивувались на середовищі з 0,1 мг/л івіну і 0,6 мг/л БАП у присутності водного екстракту (1:100) з опаду ялиці білої.

Проведений нами біотест з використанням методів культури тканин виявився досить чутливим і показав стимулюючий вплив екзометаболітів хвойного опаду ялиці білої на процеси розвитку експлантантів бука лісового. Це підтверджує здатність екзометаболітів рослин впливати на генетичний апарат рослини-акцептора.

Екологічний аспект. З літературних джерел відомо, що екзометаболіти деревних порід мають властивість суттєво впливати на водно-фізичні властивості ґрунту (Баранецький, 1990; Гринюк, 1992; Гумницька, 1994). Детальне вивчення цього питання допоможе зробити істотний крок у вирішенні багатьох проблем шляхом застосування отриманих знань у агролісомеліорації, землеробстві, екологічному моніторингу тощо.

Під час проведення досліджень ми прагнули з'ясувати, чи змінюється водопроникність ґрунту у природних умовах у результаті життєдіяльності бука лісового та ялиці білої. Для цього визначили швидкість інфільтрації вологи через сірий лісовий опідзолений ґрунт.

Водопроникність ґрунту, взятого з-під крони бука лісового, з-під крони ялиці білої та з галявини, суттєво відрізнялась. Дослідження показали, що під кронами бука лісового та ялиці білої значно зменшується водопроникність сірого лісового опідзоленого ґрунту (відповідно - 67 % і 81 % до контролю). Отримані таких результати пояснюються особливостями впливу на водно-фізичні властивості сірого лісового опідзоленого ґрунту (адсорбуючись колоїдами ґрунту, збільшують його гідрофільність) екзометаболітів досліджуваних порід - зокрема, ідентифікованою нами галовою кислотою.

Аналізуючи результати проведених досліджень можна зробити припущення, що нерегульоване вирубування буково-ялицевих лісів призводить до таких важких екологічних наслідків, як повені. Тому, відповідно, правильним підбором деревних порід з врахуванням їх біологічних особливостей можливо науково обґрунтовано впливати не тільки на агрохімічні, а й на водно-фізичні властивості ґрунтів.

Наступним етапом наших досліджень було вивчення впливу ґрунту на активність екзометаболітів досліджуваних порід шляхом пропускання через нього витяжок з джерел рослинних виділень. Дані дослідження про поглинаючу здатність ґрунту і зміну фізіологічної активності витяжок, пропущених через ґрунт, наведені у табл. 5.

Отримані результати дають підставу вважати, що сірий лісовий опідзолений і дерново-підзолистий суглинистий ґрунти можуть поглинати фізіологічно активні речовини водних екстрактів з джерел екзометаболітів бука лісового і ялиці білої. У цьому відношенні важлива роль належить фізико-хімічним властивостям ґрунтів. Поглинання фізіологічно активних речовин може здійснюватись як шляхом адсорбції на поверхні, так і за рахунок утворення важкорозчинних сполук з компонентами ґрунтового комплексу, а також внутрішньокомплексних сполук. У випадках дослідження сірого лісового опідзоленого ґрунту токсичність витяжок дещо збільшувалась, що помітно на проростанні насіння крес-салату, бука лісового і ялиці білої. Це явище можна пояснити утворенням у екстрактах, пропущених через даний ґрунт, після взаємодії з його органічними і мінеральними речовинами, більш токсичних сполук.

Таблиця 5

Показники зміни активності екстрактів з джерел екзометаболітів бука лісового та ялиці білої у результаті впливу ґрунту (1:10)

Джерело експлантантів, використане для приготування екстракту	Вміст токсичних речовин, УКО	Проростання насіння ялиці білої,  % до контролю	Проростання насіння бука лісового,  % до контролю	Приріст коренів крас-салату, % до контролю
	вихідна витяжка	після взаємодії з ґрунтом	вихідна витяжка	після взаємодії з ґрунтом	вихідна витяжка	після взаємодії з ґрунтом	вихідна витяжка	після взаємодії з ґрунтом
Сірий лісовий опідзолений ґрунт
Опад ялиці білої	60	30	84	89	125	118	109	93
Корені ялиці білої	275	155	68	87	123	98	48	81
Хвоя ялиці білої	55	35	72	84	117	96	103	94
Листовий опад бука лісового	145	80	119	111	72	89	150	128
Корені бука лісового	40	19	124	111	76	83	45	55
Зелене листя бука лісового	24	16	128	112	77	93	81	88
Дерново-підзолистий суглинистий ґрунт
Опад ялиці білої	60	34	84	89	125	108	109	99
Корені ялиці білої	275	190	68	82	123	100	48	65
Зелена хвоя ялиці білої	55	27	72	90	117	103	103	101
Листовий опад бука лісового	145	95	119	102	72	85	150	114
Корені бука лісового	40	16	124	94	76	96	45	83
Зелене листя бука лісового	24	19	128	106	77	100	81	89
Fф	3470,6	16729,9	184,2	144,9	108,7	171,1	1904,8	10,0

Результати досліджень вказують на суттєву зміну фізіологічної активності водних екстрактів з джерел екзометаболітів бука лісового і ялиці білої у результаті їх взаємодії з ґрунтом. Це пояснюється проходженням ряду фізико-хімічних реакцій у ґрунті, а, тому, і зміни його агрохімічних властивостей, що не може не мати важливих екологічних наслідків.

Мікроклональне розмноження бука лісового

Бук лісовий є цінна лісова порода, яка набуває все більшого промислового застосування. Але ресурси цього виду є надзвичайно обмеженими і не відтворюються у таких об'ємах, як цього вимагає лісівнича практика. Тому перед нами постала необхідність розроблення цілком нового підходу до вирішення проблеми масового розмноження садивного матеріалу бука лісового із заданим генотипом.

Підбір експлантантів для мікроклонального розмноження показав, що найкращим джерелом є молоді пагони з бічними і верхівковими бруньками та насіння бука лісового. При випробуванні різних методів стерилізації експлантантів бука лісового найкращих результатів було досягнуто при застосуванні такої послідовності оброблення експлантантів: промивання у проточній воді 1… 5 год.; 0,5 % фундазол 30 хв.; 1 % AgNO₃ 15 хв.; 3-разове промивання у стерильній дистильованій воді. Тільки така послідовна дезинфекція дозволила отримати досить високу частку стерильного матеріалу.

Дослідження різних середовищ у культурі тканин бука лісового MS-1, MS-2, WPM, DKW та нових регуляторів росту БАП (6-бензиламінопурину), НОК (нафтилоцтової кислоти), ІМК (індолілмасляної кислоти), а також тідіазурону у різних концентраціях, показало, що оптимальними середовищами для культивування бука лісового є середовища WPM i DKW. Найкращого результату у мікроклональному розмноженні бука лісового було досягнуто при використанні в якості експлантантів бруньок ювенільних рослин, зокрема одно- та дворічних сіянців, які "витягувались" на середовищі з 0,2 мг/л ІОК і 0,1 - 0,25 мг/л БАП. Також ефективним може бути використання сегментів гіпокотиля, які культивувались на середовищі з 0,1 мг/л НОК і 0,6 мг/л БАП.

Висновки та рекомендації виробництву

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання, що виявляється у вивченні фізіолого-біохімічних особливостей взаємодії бука лісового і ялиці білої в умовах Прикарпаття та у розробленні сучасного високоефективного методу розмноження садивного матеріалу для створення високопродуктивних стійких лісових фітоценозів із заданими характеристиками генотипів.

1. Алелопатична активність бука лісового та ялиці білої зумовлена наявністю біологічно-активних речовин в їх зелених листках і хвої, опаді, насінні, коренях, прижиттєвих кореневих виділеннях та у ґрунті з-під досліджуваних лісових порід. Особливості дії цих речовин та динаміка зміни їх активності протягом вегетаційного періоду виявляються методом біотестів.

2. Екзометаболіти бука лісового стимулюють проростання насіння ялиці білої та ріст її сіянців у водних і ґрунтових культурах, а екзометаболіти ялиці білої стимулюють проростання насіння бука лісового та ріст його сіянців у водних і ґрунтових культурах. Водночас екзометаболи цих лісових порід пригнічуюче впливають на проростання власного насіння та на ріст власних сіянців.

3. При вирощуванні насаджень доцільною є раціональна зміна лісових порід: бука лісового - ялицею білою, а ялиці білої - буком лісовим. Бук лісовий і ялиця біла є аутоінтолерантними лісовими породами. У досліджуваних нами ґрунтово-кліматичних умовах при сумісному вирощуванні їх алелопатичний вплив є взаємостимулюючим.

4. Серед комплексу сполук, що зумовлюють алелопатичну активність бука лісового та ялиці білої одними з найважливіших є борнеол, борнілацетат, карвакрол, ліналоол, ментол, абсцизова, аскорбінова, бузкова, винна, галова, кофейна, цитринова, щавлева, яблучна та янтарна кислоти.

5. У досліджуваних джерелах екзометаболітів найбільше флавоноїдів міститься в опаді бука лісового (0,57 %) і опаді ялиці білої (0,12 %). Серед комплексу цих флавоноїдів найпоширенішими є рутин, кверцетин, ізосаліпурпозид і невідомі речовини з R_f близько 0,25; 0,3; 0,47; 0,54; 0,71; 0,72; 0,97.

6. Дія екзометаболітів ялиці білої стимулює процес органогенезу бука лісового при вирощуванні його in vitro, що пояснюється здатністю екзометаболітів рослин впливати на генетичний апарат рослини-акцептора.

7. Розроблена нами ефективна методика мікроклонального розмноження бука лісового дозволяє забезпечити розмноження садивного матеріалу заданого генотипу у необхідній кількості. Оптимальним середовищем для культивування є середовище DKW. Найкращий результат у мікроклональному розмноженні бука лісового досягається при використанні в якості експлантантів бруньок ювенільних рослин, зокрема одно- та дворічних сіянців, які "витягуються" на середовищі з 0,2 мг/л івіну і 0,1 - 0,25 мг/л БАП. Ефективним є також використання сегментів гіпокотиля, які культивуються на середовищі з 0,1 мг/л івіну і 0,6 мг/л БАП.

8. У мікроклональному розмноженні бука лісового доцільно застосовувати в якості стимулятору водні екстракти з хвойного опаду ялиці білої. Найкращого результату було досягнуто при використанні в якості експлантантів сегментів гіпокотиля, які культивувались на середовищі з 0,1 мг/л івіну і 0,6 мг/л БАП у присутності водного екстракту (1:100) з опаду ялиці білої.

9. У практиці ведення лісового господарства та у фармакологічному виробництві пропонується використати:

принципи створення чистих і змішаних лісових культур бука лісового та ялиці білої в умовах Прикарпаття з врахуванням впливу алелопатичного фактору, що сприятиме невиснажливому тривалому лісокористуванню (для раціональної зміни досліджуваних лісових порід необхідно враховувати вплив попередніх насаджень та ґрунтовтому, враховувати аутоінтолерантність бука лісового та ялиці білої і взаємостимулюючий вплив між ними);

розроблену нами сучасну високоефективну і рентабельну технологію для масового розмноження бука лісового із заданим генотипом;

ідентифіковані речовини екзометаболітів бука лісового та ялиці білої для виробництва ліків.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Баранецький Г.Г., Гречаник Р.М. Хімічний склад екзометаболітів бука лісового (Fagus silvatica L.) та ялиці білої (Abies alba Mill.)// Науковий вісник: Сучасна екологія і проблеми сталого розвитку суспільства/ Збірник науково-технічних праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 1999, вип. 9.8. - С. 9-11.

Баранецький Г.Г., Гречаник Р.М. Роль алелопатичного фактора у стабілізації і підвищенні продуктивності лісових фітоценозів// Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 1999, вип. 9.11. - С. 8-10.

Жук В.В., Баранецький Г.Г., Гречаник Р.М. Хімічна взаємодія ялиці білої та бука лісового// Науковий вісник: Лісівницькі дослідження в Україні / Збірник науково-технічних праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 1999, вип. 9.12. - С. 63-65.

Гречаник Р.М., Баранецький Г.Г. Биологическая активность екзометаболитов бука лесного и пихты белой// Леса Беларуси и их рациональное использование (Минск, 29-30 ноября 2000 г.): Материалы научно-технической конференции. - 2000. - С. 188-190.

Гречаник Р.М., Баранецький Г.Г., Базюк О.Ф. Підбір експлантантів бука лісового (Fagus silvatica L.) та режиму їх стерилізації у мікроклональному розмноженні// Розточанський збір - 2000: Матеріали міжнародної науково-технічної конференції (с. Старичі, 17-18 листопада 2000 р.). - Кн. 2. - Львів: Меркатор, 2001. - С. 195-197.

Гречаник Р.М., Баранецький Г.Г., Вронська Л.В. Флавоноїди у джерелах екзометаболітів деревних рослин// Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 2001, вип. 11.1. - С. 23-25.

Гречаник Р.М., Вронська Л.В. Визначення флавоноїдів з джерел екзометаболітів бука лісового та ялиці білої// Матеріали V Міжнародного медичного конгресу студентів та молодих учених (Тернопіль, 10-13 травня 2001 р.). - Тернопіль: Укрмедкнига. - 2001. - С. 199.

Гречаник Р.М., Лебединець Л.О. Хімічний склад екзометаболітів деревних рослин// Львівські хімічні читання-2001: Матеріали VIII наукової конференції, присвяченої 340-ій річниці заснування Львівського національного університету ім. І.Франка (Львів, 24-25 травня 2001 р.). - 2001. - С. А9.

Гречаник Р.М., Базюк О.Ф., Гриник Г.Г., Каганяк Ю.Й. Мікроклональне розмноження бука лісового// Науковий вісник: Лісівницькі дослідження в Україні (VІ-і Погребняківські читання)/ Збірник науково-технічних праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 2000, вип. 10.4. - С.137-142.

Гречаник Р.М. Хімічна природа екзометаболітів коренів бука лісового// Міські сади і парки: минуле, сучасне, майбутнє: Матеріали міжнародної конференції. - Львів: УкрДЛТУ. - 2001. - С. 249-256.

Гречаник Р.М. Хімічна природа екзометаболітів листового опаду бука лісового// Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 2001, вип. 11.4. - С. 71-78.

Гречаник Р.М., Краснянський А.Т., Лісовий М.П. Участь екзометаболітів опаду ялиці білої у мікроклональному розмноженні бука лісового// Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 2001, вип. 11.4. - С. 78-80.

Гречаник Р.М. Хімічна природа екзометаболітів оплоднів бука лісового// Науковий вісник: Збірник науково-технічних праць. - Львів: УкрДЛТУ. - 2002, вип. 12.2. - С. 58-65.

АНОТАЦІЇ

Гречаник Р.М. Особливості взаємодії бука лісового та ялиці білої в умовах Прикарпаття. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.03.01 - лісові культури, селекція, насінництво. - Український державний лісотехнічний університет, Львів, 2002.

Головною метою досліджень є вивчення фізіолого-біохімічних особливостей взаємодії бука лісового і ялиці білої та розробка сучасної високоефективної технології мікроклонального розмноження бука лісового із заданим генотипом.

Проведено оцінку фізіологічної активності екзометаболітів досліджуваних рослин на загальноприйнятих в алелопатії тест-об'єктах (редиска, крес-салат), на пророщуванні власного насіння та насіння туї західної і сосни Веймутова. Досліджено вплив алелопатичного фактору на ріст сіянців бука лісового та ялиці білої у водних культурах і у ґрунтових культурах у природних умовах. Отримані результати дають підставу вважати досліджувані лісові породи аутоінтолерантними, а їх вплив одна на одну взаємостимулюючим. Досліджено механізми алелопатії у генетичному та екологічному аспектах.

Серед спектру екзометаболітів бука лісового та ялиці білої за допомогою методів спектрофотометрії, газової та тонкошарової хроматографії кількісно та якісно ідентифіковано сполуки самої різної фізіологічної активності.

Ключові слова: екзометаболіти, алелопатія, фізіологічна активність, хімічна природа, ґрунтовтома, мікроклональне розмноження.

Гречаник Р.М. Особенности взаимодействия бука лесного и пихты белой в условиях Прикарпатья. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.03.01 - лесные культуры, селекция, семеноводство. - Украинский государственный лесотехнический университет, Львов, 2002.

Главной целью исследований является изучение физиолого-биохимических особенностей взаимодействия бука лесного и пихты белой, разработка современной высокоэффективной технологии микроклонального размножения бука лесного заданного генотипа.

Произведено оценку физиологической активности экзометаболитов исследуемых растений на общеприемлемых в аллелопатии тест-объектах (редис, кресс-салат), на проращивании собственных семян, а также семян туи западной и сосны Веймутова. Исследовано влияние аллелопатического фактора на рост сеянцев бука лесного и пихты белой у водных культурах и у грунтовых культурах в естественных условиях. Полученные результаты дают основание считать исследуемые лесные породы аутоинтолерантными, а их влияние друг на друга взаимостимулирующим. Исследованы механизмы аллелопатии у генетическом экологическом аспектах.

Среди спектра экзометаболитов бука лесного и пихты белой с помощью методов спектрофотометрии, газовой и тонкослойной хроматографии количественно и качественно идентифицированы соединения самой разной физиологической активности.

Ключевые слова: экзометаболиты, аллелопатия, физиологическая активность, химическая природа, почвоутомление, микроклональное размножение.

Grechanyk R.M. Peculiarities of wood beech and silver fir interaction under Prycarpathian's conditions. - Manuscript.

Thesis is for a candidate degree in agricultural sciences on speciality 06.03.01 - Artificial stands, selection, seed production. - Ukrainian State University of Forestry and Wood Technology, Lviv, 2002.

The main aim of investigation is the studying of physiological-biochemical peculiarities of the wood beech and silver fir interaction. It has been worked out effective modern technology of mycropropagation the wood beech with the definite genotype.

It has been provided a physiological estimation of exometabolits activity of the experimental plants on generally accepted object's tests in alelopaty (garden radish, lettuce) and on the sprouting of the native seed and the seed of the west thuya and the Veymut's pine-tree. It has been investigated the influence of alelopatyc factor on the wood beech's and silver fir's seedling expansion in water and ground cultures in natural conditions. The received results give reason to confirm that the experimental wood breeds are autounsensitive and their influence on each other is interstimulant.

Among exometabolits' spectrum of the wood beech and silver fir with the help of the spectrum photometry, gas and thin-layer chromatography methods it has been identify with high quality and quantity the compounds of the most different physiological activity: flavonoids, borneol, bornilacetat, carvacrol, linol, menthol; ascorbic, lilac, tartaric, gallic, caffeic, citric, oxalic, apple and succinic acid.

It has been investigated the following mechanisms of alelopaty:

in genetic aspect - on the test for determination of the influence of the exometabolits of the silver fir on the process of organogenesis of the wood beech during the growing in vitro;

in ecological aspect - on the changes of the water-physical and agrochemical ground peculiarities by experimental wood breeds.

The results of investigations are supposed to be used in the practice of the wood culture creation of the wood beech and silver fir in agroforestry and in the practice of the mass reproduction of horticultural material of the wood breeds with the definite genotype and in pharmacology.

Key words: exometabolits, alelopaty, physiological activity, chemical nature, ground tiredness, mycropropagation.

Размещено на Allbest.ru

...