Влияние условий хранения, растительных гормонов и прерывания холодной стратификации быстрым высушиванием на покой семян рябины сибирской

Размещено на http://www.allbest.ru/

Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, Россия, Новосибирск

Влияние условий хранения, растительных гормонов и прерывания холодной стратификации быстрым высушиванием на покой семян рябины сибирской

Асбаганов С.В.

Интактные семена рябины сибирской находятся в состоянии глубокого физиологического покоя (Асбаганов, 2009, Разумова, 1987). В справочнике по проращиванию семян под редакцией М.Г. Николаевой (1985) для преодоления покоя семян рябины сибирской рекомендуется длительная холодная стратификация, которую можно сократить предварительной обработкой семян гибберелловой кислотой, кинетином и тиокарбамидом. Однако растительные гормоны помимо положительного влияния вызывают нарушения в развитии проростков (Асбаганов, 2009), «грубо вмешиваясь в тонко настроенные» физиологические механизмы регуляции процессов прорастания. Кроме того, фитогормоны имеют высокую стоимость и при работе с ними требуют строго соблюдения специальных условий. Также следую отметить значительную разнокачественность семян рябины сибирской по глубине покоя. Так, например, в партии семян с жизнеспособность близкой к 100% после 210 дней холодной стратификации 40% семян так и не выходят из состояния покоя, а в условиях открытого грунта зачастую большая часть всходов появляется на второй и третий годы после посева. Конечно, все перечисленные особенности создают массу трудностей при работе с этой, несомненно, ценной пищевой и лекарственной культурой и, следовательно, поиск простых, дешевых и эффективных способов предпосевной обработки семян является перспективным направлением.

Мы исследовали влияние различных факторов на покой семян рябины сибирской и обнаружили значительное влияние условий и продолжительности хранения семян на глубину их покоя, а также с помощью быстрого кратковременного высушивания семян на определенном этапе холодной стратификации нашли эффективный способ преодоления разнокачественности семян и добились дружного, практически 100% прорастания.

Материал и методика

Поскольку существует значительная индивидуальная изменчивость глубины покоя семян рябины сибирской, все опыты вначале были выполнены на семенах одной формы - ИТПМ-1, а затем воспроизводимость наиболее удачных вариантов проверялась на других формах. В данной работе представлены результаты экспериментов с семенами формы ИТПМ-1.

Семена для опытов выделяли из свежесобранных плодов после их полного созревания в конце листопада. Семена отделяли от мякоти путём отмывания с помощью мелкоячеистого сита, все всплывшие семена удаляли. Далее семена для исследования влияния способов хранения разделили на несколько частей: две части семян были высушены при комнатных условиях и упакованы в пергаментные, а поверх полиэтиленовые пакеты и хранились - одна в комнатных условиях, другая в холодильнике при температуре 1-3⁰С. Третья часть семян без высушивания хранилась во влажной атмосфере эксикатора в холодильнике при температуре 1-3⁰С. Для этого семена на влажной фильтровальной бумаге размещали на керамической вставке, а на дно эксикатора наливали дистиллированную воду. В таких условиях семена были увлажнены на 25% относительно массы высушенных семян, тогда как в условиях максимальной увлажненности этот показатель составляет 76%. Далее через определенные интервалы (45, 75, 105, 150 и 417 дней) часть семян из каждого варианта хранения обрабатывалась растительными гормонами (48 часов в растворе ГК3 100мг/л, затем 48 часов в растворе кинетина 500мг/л), а другая часть дистиллированной водой. Затем семена в чашках Петри на влажных ватных дисках помещали в термостат для холодной стратификации и через 45, 75 и 105 дней проращивали при температуре 25⁰С, подсчитывая число проросших семян.

Быстрого высушивания семян достигали следующим образом: семена после первого этапа холодной стратификации в чашках Петри доставали из термостата и сразу же переносили на хорошо просушенный (до хруста) лист бумаги, сверху накрывали ещё одним листом и помещали в струю теплого воздуха. В таком состоянии семена сушились 2-3 часа, затем их переносили на новые листы бумаги и помещали на хранение в термостат с температурой 25⁰С. При закладке на повторную холодную стратификацию, чашки Петри с влажными ватными дисками предварительно охлаждали до температуры 1-3⁰С, а затем быстро размещали в них семена и, не допуская нагревания, сразу же помещали в холодный термостат.

Результаты и обсуждения

Для определения типа покоя семян рябины сибирской, свежевыделенные семена стратифицировали при температуре 25⁰С и 1-3⁰С с предварительной обработкой растительными гормонами и без обработки. На рис. 1 представлена зависимость процента прорастания семян рябины сибирской в зависимости от длительности холодной стратификации и обработки растительными гормонами.

Рис. 1. Влияние продолжительности холодной стратификации и экзогенных растительных гормонов на прорастание свежевыделенных семян рябины сибирской

Согласно полученным данным, свежевыделенные семена не прорастают без холодной стратификации. Обработка фитогормонами без холодной стратификации на прорастание также не повлияла. Наиболее эффективным оказался вариант, при котором обработанные фитогормонами семена стратифицировались при температуре 1-3⁰С в течение 105 дней (проросло 87% семян). В контроле проросло лишь 11 %. Это подтверждает данные о том, что интактные свежевыделенные семена рябины сибирской находятся в состоянии глубокого физиологического покоя.

На рис.2. представлена зависимость процента прорастания семян рябины сибирской от длительности хранения в воздушно-сухом состоянии и длительности холодной стратификации.

В первой группе столбцов показано прорастание свежевыделенных семян без высушивания. Эти семена начинают прорастать лишь после 105 дней холодной стратификации. Процент прорастания очень низкий и составляет всего 11%.

На остальных пяти группах столбцов отражена зависимость процента прорастания высушенных семян и хранившихся в таком состоянии 45 и более дней. Уже после 45-ти дневного хранения высушенных семян наблюдается заметное увеличение процента прорастания по сравнению со свежевыделенными семенами. Кроме того, прорастание начинается на более ранних этапах холодной стратификации. После 45-ти дней хранения, семена начинают прорастать уже после 75 дней холодной стратификации, а при увеличении длительности сухого хранения до 75 и более дней даже после 45-ти дней холодной стратификации. Однако независимо от длительности сухого хранения семена рябины сибирской без холодной стратификации не прорастают. Во всех вариантах, где прорастание наблюдалось процент его остаётся низким - максимальные значения чуть больше 30%.

Рис. 2. Влияние продолжительности хранения и продолжительности холодной стратификации на семена, хранившиеся в сухом виде в комнатных условиях

Согласно литературным данным повысить процент прорастания высушенных семян также как и свежевыделенных можно с помощью растительных гормонов. На рис. 3 показана зависимость процента прорастания сразу от трех факторов - продолжительности хранения воздушно-сухих семян в комнатных условиях, продолжительности холодной стратификации и влияния растительных гормонов.

Во всех вариантах с увеличением продолжительности хранения процент проросших семян сначала увеличивается в 2-3 раза, по сравнению со свежевыделенными семенами, а при хранении более года снижается.

Как видно из диаграммы (рис. 3), 45-ти дневное хранение семян сухими в комнатных условиях с последующей обработкой фитогормонами привело к резкому снижению процента прорастания по сравнению со свежевыделенными семенами, далее этот показатель снова повышается и после 105 дней хранения начинает постепенно снижаться.

Во всех вариантах с семенами, обработанными фитогормонами, процент прорастания выше по сравнению с семенами, обработанными дистиллированной водой. Наибольший эффект от обработки фитогормонами наблюдается на свежевыделенных семенах.

За счет снижения процента прорастания у семян, обработанных гормонами, и увеличения процента прорастания семян, обработанных дистиллированной водой, разрыв между этими показателями после 45 дней хранения очень маленький. Таким образом, семена на этом этапе хранения обрабатывать фитогормонами малоэффективно.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Влияние продолжительности хранения, продолжительности холодной стратификации, растительных гормонов на семена, хранившиеся в воздушно-сухом состоянии в комнатных условиях

На рис. 4 показано влияние продолжительности хранения, продолжительности холодной стратификации, растительных гормонов на семена, хранившиеся в воздушно-сухом состоянии в термостате при температуре 1-3⁰С. Здесь так же в первые месяцы хранения наблюдаются значительные колебания процента прорастания. При хранении свыше 105 дней эффект от обработки фитогормонами остается относительно низким.

У семян хранившихся при температуре 1ч3⁰С увлажненными на 25%, после обработки дистиллированной водой и дальнейшей холодной стратификации, в отличие от семян при сухом хранении, наблюдается менее значительное повышение процента прорастания, и максимума этот показатель достигал лишь к 150 дням хранения (рис. 5). Хранение семян в условиях 25% увлажненности с последующей обработкой фитогормонами и холодной стратификацией позволило избежать резких колебаний процента прорастания. Этот показатель значительно снижается лишь при хранении более года (Рис. 5). При таком способе хранения в большинстве случаев наблюдался довольно значительный эффект от обработки фитогормонами.

После 105 дней хранения в вариантах с обработкой дистиллированной водой и в вариантах с обработкой фитогормонами наблюдалось повышение процента прорастания.

Почему же высушивание оказывает такое сильное влияние и как его можно использовать?

Для протекания большинства биохимических процессов необходима вода. Можно предположить, что уменьшение количества воды в зоне реакции приводит к значительному замедлению скорости реакции или полной её остановке. А что произойдет со стратификационными изменениями при быстром или наоборот медленном высушивании частично стратифицированных семян?

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Влияние продолжительности хранения, продолжительности холодной стратификации, растительных гормонов на семена, хранившиеся в воздушно-сухом состоянии при t=1-3⁰С

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Влияние продолжительности хранения, продолжительности холодной стратификации, растительных гормонов на семена, хранившиеся увлажненными на 25% при t=1-3⁰С

Известно, что в большинстве случаев если семена находились на холодной стратификации не достаточно долго, чтобы успели активизироваться процессы прорастания, то после переноса их в условия с более высокой температурой они впадают во вторичное состояние покоя, иногда даже более глубокое, чем исходное (Николаева, 1999). Однако имеются сведения о возможности прерывания холодной стратификации без индукции вторичного покоя (Grzeskowiak, Suszka, 1983). Для этого стратифицируемые семена необходимо высушить очень быстро, что приводит к остановке и сохранению стратификационных изменений, и при повторном намачивании и стратификации процесс продолжается так как будто его не прерывали.

Такая возможность была бы весьма полезной, поскольку это позволяет избежать перерастания корешков при слишком раннем начале прорастания стратифицируемых семян, когда условия для их высевания в открытый грунт ещё неблагоприятные.

Именно с этой целью мы изучали возможность приостановки стратификации без индукции вторичного покоя на семенах рябины сибирской. Однако получили совершенно неожиданный результат.

Для этого опыта были взяты свежевыделенные семена, которые стратифицировали в течение 45 и более дней с интервалом в 2 недели. Затем семена быстро высушивали при температуре 25С в течение 1, 3, 7 и 14 суток. После высушивания семена повторно намачивали и продолжали стратификацию. Неожиданным в этом опыте оказалось практически 100% прорастание семян против теоретически ожидаемых 10-20%. Причём обработка семян фитогормонами перед вторым этапом стратификации не оказывала существенного влияние на процент прорастания, но зато явным образом влияла на такие характеристики семян как длина корешков, размеры и цвет семядолей. Длина корешков была значительно меньше, чем у семян обработанных водой, семядоли были увеличены и имели бледно-зелёную окраску (рис. 7).

Рис. 6. Влияние быстрого высушивания на разных этапах холодной стратификации на выход семян рябины сибирской из состояния покоя

Изменение длительности первого этапа холодной стратификации, т.е. длительности стратификации перед высушиванием не оказывает влияния на процент прорастания, он остается максимально высоким во всех вариантах. Хотя длина корешков в этом эксперименте была тем больше, чем продолжительнее была суммарная длительность стратификации.

Таким образом, исследуя одну проблему, мы совершенно неожиданно решили другую и, конечно же, обзавелись рядом вопросов для прояснения, которых необходимы детальные биохимические исследования.

Благодаря этому эксперименту мы нашли способ предпосевной обработки семян, приводящий в относительно короткие сроки практически к 100% прорастанию без использования фитогормонов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7. Проростки, полученные из семян р. сибирской обработанных ГК₃ (вверху) и контроль (без обработки)

В конце хотелось бы подчеркнуть момент, на который, не всегда обращается внимание в литературе, посвященной данной проблеме.

Прохождение покоя, возникнув в процессе эволюции как адаптивное свойство для перенесения неблагоприятных внешних условий, стало необходимой частью онтогенеза у многих растений. Вмешиваясь на том или ином этапе в физиологический механизм регуляции покоя, мы оказываем не только одномоментное влияние на протекающие процессы, но порой определяем будущую судьбу растения, адаптивные свойства которого напрямую зависят от тех физиологических механизмов, которые настраиваются в процессе выхода семени из состояния покоя.

Мы считаем, что в интродукционном эксперименте следует с осторожностью использовать рекомендации по применению фитогормонов, которые предложены в справочниках по проращиванию семян. Поскольку неизвестно как это скажется на дальнейшей судьбе растения. При оценке успешности интродукции, мало того, что такие оценки зачастую даются на основании наблюдения за крайне малочисленной группой особей, порой совершенно не отражающей адаптивный потенциал вида, так мы ещё вдобавок путем применения гормонов можем сильно изменить естественные механизмы адаптивных реакций. Для рябины сибирской мы рекомендуем способ предпосевной обработки без использования растительных гормонов.

По нашим данным, наиболее эффективным методом преодоления покоя семян рябины сибирской является двухэтапная стратификация с быстрым промежуточным высушиванием при температуре 25⁰С. На первом этапе свежевыделенные семена стратифицируют при температуре 1-3⁰С в течение 45 и более дней, далее семена высушивают при температуре 25⁰С в течение 24 и более часов, затем обрабатывают дистиллированной водой при температуре 1-3⁰С и повторно стратифицируют в течение 60 дней при температуре +1-3⁰С. При таком способе обработки прорастают более 90% семян.

Интактные свежевыделенные и высушенные семена рябины сибирской находятся в состоянии глубокого физиологического покоя и не прорастают без дополнительной холодной стратификации. Сократить длительность холодной стратификации можно с помощью обработки семян экзогенными растительными гормонами. Обработка семян фитогормонами без холодной стратификации положительного влияния не оказывает.

Обработка семян рябины сибирской фитогормонами приводит к нарушениям в развитии проростков. Изменяется соотношение в развитии семядолей и корешка, семядоли значительно увеличиваются и имеют бледно зеленую окраску, корешок не развивается или значительно отстает в развитии от семядолей.

Высушивание и дальнейшее хранение семян рябины сибирской в комнатных условиях приводит к изменению их чувствительности на холодную стратификацию и обработку фитогормонами. В первые 45 дней хранения семена перестают положительно реагировать на обработку фитогормонами. Однако одновременно с этим происходит значительное увеличение чувствительности семян к холодной стратификации. При дальнейшем сухом хранении чувствительность семян к фитогормонам постепенно восстанавливается, реакция на холодную стратификацию не изменяется.

Для поддержания присущей свежевыделенным семенам чувствительности к фитогормонам и холодной стратификации их следует хранить увлажненными на 25% при температуре 1-3⁰С.

Двухэтапная холодная стратификация с промежуточным быстрым кратковременным высушиванием позволяет значительно повысить процент прорастания семян рябины сибирской.

Литература

холодный стратификация рябина

1. Асбаганов С.В. Влияние гибберелловой кислоты на прорастание семян рябины сибирской // Вестник Алтайского ГАУ. - 2009. - № 12 (62). - С. 15-17.

2. Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян. - Л.: Наука., 1985. - 347 с.

3. Николаева М.Г., Лянгузова И.В., Поздова Л.М. Биология семян. - СПб:. - 1999. - С. 117-122.

4. Разумова М.В. Биология прорастания семян видов рода Sorbus // Ботан. журн. - 1987. - Т. 72(1). - С. 77-83.

5. Grzeskowiak H., Suszka B. Storage of partially after-ripened and dried mazzard (Prunus avium L.) seeds // Arboretum kornickie. - Warszawa. - 1983. - Vol. 28. - P. 261-281.

Размещено на Allbest.ru