Ідентифікація статі рослин актинідії гострої

The problem of gender differentiation and the methods and criteria search for its diagnosis in dioecious plants of the Actinidia at an early stage of development is an extremely important item. It is important both for gardening practice and for successful breeding work with this culture. The morpho-anatomical studies of Actinidia arguta one-year male and female plants twigs were performed using NY-1 light-optical microscope. The qualitative content of starch was studied in one-year twigs of plants using of an iodine solution. The study of the starch content dynamics in the one-year twigs of male and female plants has revealed a variation of the content indicators that depends on the plant development phase and the weather conditions. The two peaks of its accumulation during the year have been defined (the first one is in October, after defoliation, and the second one - is in the spring at the beginning of the twigs growth). The difference in the indices between male and female plants was represented mostly during the second maximum (the length of young twigs reached 15-20 cm). The method for the Actinidia Lindl. seedlings gender determining with the use of qualitative reaction on starch (iodine solution) on the basis of the long-term researches conducted on the male and female Actinidia Lindl. plants, the successful testing on the seed origin Actinidia Lindl. plants was proposed. The difference in colour is observed in 3 minutes after the reagent application. The colour is localized in the perimedullary zone in male individuals, while in female individuals it extends through the parenchyma of the xylem rays to the external layers. The advantage of this method is the simplicity and the portability of the implementation, the availability to the general public of the gardeners and the possibility of mass use without causing any harm to the plants. The application of this method will contribute to the improvement of the breeding work and the use of pollinating plants of Actinidia Lindl. of the seed origin at planting and significantly reduce the raising cost for the selection material.

Keywords: vines; gender; xylem; iodine; starch.

Вступ. Дослідження, які стосуються проблем статевого диморфізму господарсько-цінних видів дводомних рослин, мають важливе теоретичне і прикладне значення, необхідні для опрацювання методів діагностики статі рослин у ювенільному періоді розвитку. Відповідно до еколого-гормонально-генетичної концепції детермінації статі в рослин (ЗДаіІакШап & КЬіапіп, 1982) вплив екологічних чинників реалізується через вплив на ендогенну гормональну систему, яка взаємодіє з генетичним апаратом і зумовлює прояв статі в рослин.

Представники роду Аctinidia Lindl. - це переважно дводомні рослини, і тому для створення сприятливих для перезапилення умов та високої продуктивності насаджень на ділянках під час садіння рекомендують висаджувати чоловічі та жіночі рослини у співвідношенні 1 до 5-7 (Shaitan et al., 1983; Ferguson & Huang, 2007). Для цього використовують сортові рослини, розмножені вегетативно, тоді як рослини-запилювачі можуть бути вегетативного і насіннєвого походження. Численні дослідження свідчать, що за умов інтродукції саме сіянці краще пристосовуються до нових умов вирощування, вирізняються вищою адаптивною здатністю, підвищеною стійкістю до негативних чинників навколишнього середовища порівняно з вегетативно розмноженими рослинами. Актинідія - інтродуцент флори південно- східного азійського генетичного центру, тому за умов інтродукції рослин в Україну зі значно суворішими кліматичними умовами як рослини-запилювачі доцільно використовувати особини насіннєвого походження. Для оптимальної організації селекційного процесу з культурою актинідії і підвищення його ефективності навпаки важливо вже в ювенільний період вибракувати чоловічі особини і, відповідно, значно зменшити затрати по догляду за селекційним фондом. До вступу сіянців актинідії в генеративний період розвитку, який починається на 5-7 рік після висіву, чоловічі та жіночі рослини не відрізняються між собою за морфологічними ознаками, а висаджувати рослини на постійне місце вирощування рекомендують у 2-3-х річному віці. Це ускладнює можливість використання рослин-запилювачів насіннєвого походження. Водночас, за літературними даними, вихід рослин-запилювачів під час насіннєвого розмноження може сягати 90 %, а інколи й 100 % відносно загальної маси сіянців (Michurin, 1948; Skrypchenko & Moroz, 2009; Shaitan et al., 1983).

На сучасному етапі досліджень відомим методом визначення статі рослин актинідії є біохімічний метод кольорових осадів, коли витяжку з листків обробляють оцтово-кислим свинцем, а як контроль використовують витяжки з листків дорослих рослин із відомою статтю (Kolbasina, 2007). Недоліками цього способу є його складність і тривалість виконання, потреба приладів для підготовки сировини, вартісних реактивів, можливість діагностики статі лише в дорослих рослин (5-7 років), низька точність (65,0 %) діагностики, бо можливі помилки через близькість відтінків забарвлення осадів. Відомий спосіб діагностики статі є дуже неточним також через те, що кольори осадів та їх інтенсивність змінюються залежно від фази розвитку рослини та моменту взяття проб для аналізу. До того ж метод кольорових осадів неможливо застосувати для ідентифікації статі рослин A.arguta з пурпуровим забарвленням.

Оскільки достовірні методи діагностики статі рослин актинідії допоки відсутні, то питання пошуку критеріїв ранньої діагностики статі рослин, опрацювання простих і доступних методів її визначення є надзвичайно актуальним і має важливе теоретичне та практичне значення.

Метою дослідження є опрацювання експрес-методу діагностики статі сіянців у ювенільний період їх розвитку на основі комплексного анатомічного, біохімічного та гістохімічного вивчення однорічних пагонів різностатевих рослин видів роду Actinidia Lindl.

Матеріали та методи дослідження. Об'єктом дослідження були плодоносні рослини актинідії та сіянці віком від 1 до 7 років колекції Національного ботанічного саду (НБС) ім. М. М. Гришка НАН України: Actinidia arguta var. purpurea (Rehder) C. F. Liang ex Q. Q. Chang, A.arguta (Siebold & Zucc.) Planch. ex Miq., A.kolomikta (Rupr. & Maxim.) Maxim. Для анатомічних досліджень використовували середню частину однорічних пагонів жіночих та чоловічих рослин. Морфоанато- мічні дослідження проводили з використанням світло- оптичного мікроскопу NY-1. Якісний вміст крохмалю досліджували в однорічних пагонах рослин за методикою (Pausheva, 1988) з використанням розчину I2-KI. Кількісний вміст крохмалю в рослинній сировині визначали спектрометричним методом (Ternynko, Tkachenko & Burtseva, 2011). Дослідження проводили в різних фазах розвитку рослин упродовж 2010-2015 рр.

Результати дослідження та їх обговорення. Статевий диморфізм є пристосувальною ознакою рослин, набутою у процесі еволюції, яка пов'язана з фізіолого-бі- охімічною різноякісністю чоловічих і жіночих організмів. Аналіз літературних даних свідчить про неодноразові спроби дослідження статевого диморфізму та проблеми ранньої діагностики статі окремих видів роду Actinidia L. (Butnytskyi, 1975; Kolbasina, 2000; Litvinenko, Shpilevoi & Maistrenko, 1994; Skrypchenko & Moroz, 2009; Gill et al., 1998; Harvey et al., 1997). Було встановлені особливості чоловічих та жіночих рослин актинідії різної статі, і навіть запропоновані методи діагностики статі рослин, які вирізнялись значною трудомісткістю, малоефективністю практичного застосування.

Дослідження анатомічної будови однорічних пагонів чоловічих та жіночих рослин актинідії показали, що їх стебло формується на основі прокамбіальних пучків, є типовим безпучковим (Tcyrendorzhieva, 2006; Li-jun et al., 1991). Однорічне стебло вкрите перидермою, під якою розміщена коленхіма та паренхімні клітини з потовщеними стінками, здерев'янілі луб'яні волокна представлені суцільним кільцем, добре розвинуті флоема та ксилема, паренхіма серцевини (рис. 1).

Під багаторядною, насиченою суберином перидермою, розміщена пластинчаста коленхіма та дрібні клітини корової паренхіми, заповнені хлоропластами. Провідна система відкрита колатеральна. Первинна флоема представлена суцільним кільцем здерев'янілих луб'яних волокон. Промені первинної ксилеми заходять у серцевину. Периферійна частина серцевини утворює перимедулярну зону. Серцевина складається з великих округлих або багатокутних паренхімних клітин, які з віком відмирають, що призводить до утворення в центрі пагона порожнини.

Рис. 1. Поперечний зріз однорічного пагона сорту 'Дон Жуан' (фрагмент): 1) перидерма, 2) коленхіма, 3) паренхіма, 4) луб'яні волокна, 5) флоема

Аналіз результатів дослідження однорічних пагонів актинідії виявив певну різницю в анатомічній будові пагонів різностатевих особин у межах виду-перидерма однорічних пагонів жіночих рослин краще розвинута, порівняно з чоловічими.

Дослідження динаміки вмісту крохмалю в однорічних пагонах рослин виявило зміну показників вмісту залежно від фази розвитку рослин та погодних умов. Було встановлено два піки його накопичення протягом року: перший - в жовтні після листопаду, другий - навесні на початку росту пагонів. Перший максимум пов'язаний з підготовкою рослин до зимівлі, оскільки запасні речовини відіграють значну роль у підвищенні стійкості рослин до дії стресових чинників. Під час зниження температури частина крохмалю гідролізується, і в клітинах накопичується цукор, який підвищує водоут- римувальні сили колоїдів протопласту, збільшує кількість міцно зв'язаної води. Саме тому, навесні, на початку періоду вегетації, в пагонах актинідії відзначаємо незначний вміст крохмалю, а з початком росту пагонів (кінець квітня) спостерігаємо поступове його збільшення (таблиця).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наведені дані таблиці свідчать про те, що різниця в показниках між чоловічими і жіночими рослинами дослідних видів найбільш виражена саме в цей період розвитку (довжина молодих пагонів сягає 15-20 см). Тому подальші дослідження рослин актинідії проводили саме в цей період.

У дослідженнях різних видів актинідії, інтродукова- них у НБС, спостерігали певну видоспецифічність накопичення крохмалю рослинами і зміни показників вмісту залежно від статі рослин. Так, на зрізах стебла АРоІошіШа найбільше накопичення крохмалю відзначали у клітинах перимедулярної зони, менше його міститься в паренхімі радіальних променів та в шарі паренхіми кори, який прилягає до склеренхімних луб'яних волокон. У пагонах жіночих особин відзначали дещо більше крохмалю, ніж у чоловічих, який переважно зосереджений в клітинах перимедулярної зони і радіальних променях. У пагонах видів А.а^Ша крохмаль наповнює клітини перимедулярної зони, радіальних променів, флоеми і кори (рис. 2). Чітку різницю між особинами різної статі встановили в період максимального накопичення крохмалю на початку вегетації, різницю між пагонами чоловічих і жіночих рослин за вмістом крохмалю виявили найбільш істотною.

Рис. 2. Накопичення крохмалю в перимедулярній зоні пагонів актинідії гострої: а) чоловічих рослин, б) жіночих рослин:

1) крохмаль після оброблення розчином йоду

На основі проведених багаторічних досліджень запропоновано метод визначення статі сіянців актинідії із застосуванням якісної реакції на крохмаль розчином йоду (Skripchenko & Dziuba, 2017). Перевагою цього методу є простота, легкість і мобільність виконання, доступність для широкого загалу садівників, можливість масового використання без будь-якої шкоди для рослин. Різницю в забарвленні спостерігали вже за 3 хв після нанесення реактиву. У чоловічих екземплярів забарвлення локалізоване у перимедулярній зоні, а в жіночих простягається через паренхіму радіальних променів до зовнішніх шарів.

Цей метод апробували на селекційних ділянках ботанічного саду. Його застосували під час визначення статі 350 сіянців різного віку A.arguta, який є найбільш перспективним для впровадження у промислове садівництво багатьох країн світу. Після досягнення сіянцями генеративного віку попередню діагностику було підтверджено на 95 %, що вказує на високу ефективність і перспективність частого використання запропонованого експрес-методу під час визначення статі рослин актинідії в ювенільний період розвитку. Застосування цього методу дає змогу визначити стать рослин уже в 3- річному віці та використати рослини з тичинковими квітками під час створення насаджень актинідії.

Висновки. Вперше розроблено і запатентовано експрес-метод діагностики статі рослин актинідії у преге- неративний період їх розвитку. Застосування його сприятиме поліпшенню селекційної роботи та використанню рослин-запилювачів актинідії насіннєвого походження під час закладення насаджень та значно зменшить затрати щодо дорощування селекційного матеріалу.

Перелік використаних джерел