doi: 10.15389/agrobiology.2022.3.579rus
УДК 635.9:581.143.6:58.084(571.1)
Работа выполнена в рамках государственного задания Центрального сибирского ботанического сада СО РАН — Проекта «Анализ биоразнообразия, сохранение и восстановление редких и ресурсных видов растений с использованием экспериментальных методов» (номер госрегистрации АААА-А21-121011290025-2).
АДАПТИВНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ПОДВОЯ Rosa canina L.,
ПОЛУЧЕННОГО in vitro, В УСЛОВИЯХ ЮГА ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
О.Ю. ВАСИЛЬЕВА ✉, Е.В. АМБРОС, М.В. КОЗЛОВА
Размножение садовых роз проводится посредством прививки сортов на устойчивые подвои, преимущественно внутривидовые формы Rosa canina L. Подземная часть этих подвоев зимостойка даже в условиях лесостепи и южной тайги Западной Сибири, однако их системы побегов формирования (СПФ), на которых образуются генеративные побеги, повреждаются в период зимовок. В Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН (ЦСБС, г. Новосибирск) проводятся многолетние исследования сезонного развития, онтогенеза, биоморфологии, репродуктивной биологии и зимостойкости видов шиповников из секции Caninae Crėp. В настоящей работе впервые приведены результаты многолетнего изучения зимостойкости и семенной продуктивности микроклонально размноженной высокозимостойкой отборной формы R. canina, дана оценка состояния СПФ после экстремальных зимовок. Выявлено, что после экстремальных зимовок растения отборной формы не переходят в категорию «временно не цветущих». Целью работы было введение в культуру in vitro и размножение посредством прямого органогенеза перспективной зимостойкой формы Rosa canina, используемой в качестве подвоя для садовых роз, а также оценка адаптивного потенциала у растений, полученных посредством клонального микроразмножения, в условиях континентального климата. Эксперименты in vitro проводили на отборной зимостойкой форме, выделенной в ЦСБС из растений F3 местной репродукции. Первичными эксплантами служили меристемы с двумя листовыми примордиями, изолированные из пазушных почек однолетних вегетативных побегов. На этапе введения в культуру in vitro экспланты культивировали в течение 3 сут на жидкой питательной среде по прописи Мурасиге-Скуга (МС), дополненной глутатионом (100,0 мг/л) и глюкозой (30,0 г/л). Для индукции прямого органогенеза использовали среду МС с 2,0 мг/л 6-бензиламинопурина (6-БАП) и 1,0 мг/л 3-индолилуксусной кислотой (ИУК). Собственно микроразмножение регенерантов проводили на среде МС с 1,0 мг/л 6-БАП. Микрорастения укореняли на среде МС с половинным содержанием микро- и макроэлементов, дополненной 1,0 мг/л ИУК. Переводу регенерантов в почвенную культуру предшествовало выращивание в контейнерах со стерильным песком, затем в горшках с субстратом, состоящим из смеси торфа с перлитом, перегноя, песка и кокосового субстрата (1:1:0,5:0,5). Дальнейшие исследования проводили в 2015-2021 годах на экспериментальном участке ЦСБС, расположенном в лесостепной зоне юга Западной Сибири (г. Новосибирск, Академгородок), которая характеризуется континентальным климатом. При изучении морфогенеза использовали классические и современные биоморфологические подходы, которые рассматривают кустарниковую форму роста как совокупность систем побегов формирования (СПФ) в пространстве и смену этих систем во времени. Сезонную динамику крахмала в побегах исследовали с помощью реакции с йодом в йодистом калии. Учитывали семенную продуктивность. На этапе собственно микроразмножения на средах с 1,0 мг/л 6-БАП получили 8±1 микропобегов на эксплант. При укоренении регенерантов на среде МС с половинным содержанием микро- и макроэлементов и 1,0 мг/л ИУК частота ризогенеза равнялась 60 %, число корней, развившихся у каждого микропобега, составило в среднем 2±1. Выявлено, что прегенеративный период у R. canina микроклонального происхождения сокращается на год, в онтогенетическое состояние g1 особи вступают на третий год, а образование парциальных кустов, которые могут быть использованы для пополнения семенных плантаций, начинается на четвертый год вегетации. В условиях континентального климата лесостепи Западной Сибири у всех особей отборной формы, размноженных in vitro, было отмечено ежегодное плодоношение на побегах выше снегового покрова. Исключением была зимовка 2020-2021 годов, однако даже после суровой зимовки гипантии сформировались в нижней части СПФ. Продолжительное снижение температуры до -30 °С в декабре приводило к частичному повреждению средней части СПФ, кратковременное снижение температуры воздуха до -28 °С в январе не наносило серьезных повреждений даже средней части СПФ. Отборная форма оказалась также устойчива к сильным весенним заморозкам во II декаде мая. При благоприятных зимовках и сохранении терминальных почек СПФ зрелых генеративных растений (g2) продолжала нарастать в высоту. Сочетание двух благоприятных зимовок подряд привело к образованию и сохранению мощных СПФ до 2 м высотой, а также к формирова-нию на укороченных плодовых побегах преимущественно 2-3 гипантиев с высоким числом выполненных семян. Гидролиз крахмала у тех побегов R. canina, у которых в октябре отмечалось полное опадение листьев (фенофаза Л5), практически завершался в ноябре, однако единичные крахмальные зерна еще находились в однорядных и многорядных сердцевинных лучах, а также перимедуллярной зоне.
Ключевые слова: Rosa canina, клональное микроразмножение, онтогенез, парциальный куст, семенная продуктивность, гистохимические исследования, лесостепь Западной Сибири.
O.Yu. Vasilyeva✉, E.V. Ambros, M.V. Kozlova
Garden roses are reproduced by grafting cultivars on resistant rootstocks, predominantly intraspecific forms of Rosa canina L. The underground part of these rootstocks is winter-hardy even in the forest-steppe and southern taiga of Western Siberia. However, their shoot systems of formation (SSF), on which generative shoots are formed, related to the type of shortened fruit, are damaged during the wintering period. After extreme wintering, R. canina plants of ontogenetic states g1-g3 for one year can pass into the state of “temporarily non-flowering”. In the Central Siberian Botanical Garden of the SB RAS (CSBG, Novosibirsk), long-term studies of seasonal development, ontogenesis, biomorphology, reproductive biology and winter hardiness of wild rose species from the Caninae Crėp sections are carried out. For the first time, the results of a long-term study of winter hardiness and seed productivity of the selected form of R. canina were presented, and an assessment of the SSF after extreme wintering, characterized by various damaging factors, were carried out. The aims of the present study were to establish in vitro conditions and propagate through direct organogenesis a promising winter-hardy form of R. canina used as a rootstock for garden roses, as well as to assess the adaptive potential of plants obtained by micropropagation under continental climate. In vitro experiments were carried out on a winter-hardy form selected in the CSBG from F3 plants of local reproduction. The primary explants were meristems with two leaf primordia isolated from axillary buds of annual vegetative shoots. At the establishment stage the explants were cultured on hormone-free modified liquid Murashige and Skoog’s medium (MS) supplemented with 100.0 mg/l glutathione and 30.0 g/l glucose. Direct organogenesis was induced on MS medium supplemented with 2.0 mg/l 6-benzylaminopurine (BAP) and 1.0 mg/l 3-indoleacetic acid (IAA). MS medium with 1.0 mg/l BAP was used for shoot multiplication. A hormone-free half-strength MS medium supplemented with 1.0 mg/l IAA was used to root the obtained microshoots. The regenerants were grown in containers with sterile sand, then in pots with a substrate consisting of a mixture of peat with perlite, humus, sand, and coconut substrate (1:1:0.5:0.5) and transferred to soil culture. Further studies were carried out in 2015-2021 on the experimental plot of the CSBG, located in the forest-steppe zone of the south of Western Siberia (Novosibirsk, Akademgorodok), which is characterized by a continental climate. In the study of morphogenesis, classical and modern biomorphological approaches were used, which consider the shrub form as a complex shoot systems of formation in space and the change of these systems in time. The seasonal dynamics of starch in the shoots was studied using a reaction with iodine in potassium iodide. Seed productivity was determined. At the multiplication stage, 8±1 microshoots per explant on MS media with 1.0 mg/l BAP was obtained. The in vitro rooting frequency was 60.0 % with a mean number of 2.0±1.0 roots per microshoot on half-strength MS with 1.0 mg/l IAA. It was revealed that the pregenerative period in vitro-derived R. canina plants is reduced by a year, compared with ones of seed origin. Plants enter the ontogenetic state g1 in the third year, and the formation of partial bushes, which can be used to seed plantations, begins in the fourth year of vegetation. Under the conditions of the continental climate of the forest-steppe of Western Siberia, all in vitro-derived specimens of the selected form had annual fruiting on shoots above the snow cover. The exception was 2020-2021, however, even after a severe wintering, hypanthia formed in the lower part of the SSF. A prolonged decrease in temperature to -30 °С in December led to partial damage to the middle part of the SSF, while a short-term decrease in air temperature to -28 °С in January did not cause serious damage even to the middle part of the SSF. The selected form was also resistant to strong spring frosts in the second decade of May. With favorable wintering and the preservation of terminal buds, the SSF of mature generative plants (g2) continued to increase in height. The combination of two favorable wintering periods in a series led to the formation and preservation of powerful SSF up to 2 m tall, as well as to the formation of mainly 2-3 hypanthia with a high number of completed seeds on short fruit shoots. Starch hydrolysis in those shoots of R. canina, in which complete leaf fall was observed in October (phenophase L5), was almost completed in November. However, single starch grains were still in single-row and multi-row medullary rays, as well as in the perimedullary zone.
Keywords: Rosa canina, clonal micropropagation, ontogenesis, partial bush, seed productivity, histochemical studies, forest-steppe of Western Siberia.
ФГБУН Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, |
Поступила в редакцию |
