Представлены результаты оценки лабораторной всхожести семян аллохрузы качимовидной (Allochrusa gypsophiloides) в зависимости от условий их хранения в комбинации с обработкой гибберелловой кислотой. Выявлено, что контрольные семена характеризуются длительным периодом дозревания и скачкообразным характером прорастания в ходе хранения в обычных комнатных условиях. Установлено, что криоконсервация ускоряет дозревание семян, способствует синхронизации процесса прорастания и более дружному появлению всходов за более короткий период. При этом отмечается динамика всхожести депонированных семян без резких колебаний, и энергия прорастания сохраняется на одном уровне в течение всего срока хранения. Стимулирующий эффект гибберелловой кислоты на прорастание контрольных семян зависит от сроков хранения, и максимальный эффект (300 % к воде) отмечается на 7-й месяц, который к концу срока понижается до 215 %. Депонированные семена методом криоконсервации на протяжении всего срока хранения реагируют на индуцирующее действие ГК с максимальным показателем всхожести семян 246 % к концу срока хранения. На основании проведенных исследований авторами предложен способ, включающий этап криоконсервации и последующую предпосевную обработку семян ГК, который позволяет повысить семенную всхожесть ТМК и сохранить гермоплазму эндемичного вида без потери продуктивности семян.
Аллохруза качимовидная (Allochrusa gypsophiloides (Regel) Schischk.), туркестанский мыльный корень (ТМК) — эндемичный среднеазиатский вид из сем. Caryophyllaceae Juss., который с сокращающейся численностью занесен в «Красную книгу Казахстана» [1]. ТМК является одним из ценнейших технических и лекарственных растений, отличается повышенным содержанием в корнях тритерпеновых сапонинов олеанолового ряда с высокой поверхностной и гемолитической активностями [2]. Вид официально включен в отечественную фармакопею. Тритерпеновые сапонины ТМК входят в состав отхаркивающих, мочегонных, слабительных и тонизирующих средств, а также пероральных фитопрепаратов [3]. В недавних исследованиях выявлена высокая иммуностимулирующая, противовирусная [4], противоопухолевая [5] активность экстрактов ТМК, основанная на способности тритерпеновых сапонинов усиливать иммуногенность различных антигенов.
Последние экспедиционные исследования природных популяций ТМК выявили значительное сокращение площадей в пределах естественного ареала вида в результате хозяйственного освоения территории (под посевы сельскохозяйственных культур, выпас и сенокошение), что оказывает негативное влияние на семенное возобновление и жизненное состояние популяций редкого вида [6].
В естественных условиях ТМК размножается только семенами, которые формируются в основном у растений с пятилетнего возраста. Продуктивность семян низкая, и они характеризуются послеуборочным периодом дозревания, скачкообразным характером длительного прорастания и неравномерностью появления всходов, что является особенностью данной культуры и одним из способов сохранения семенного потомства от неблагоприятных условий произрастания [7].
В настоящее время в связи с истощением естественных зарослей ТМК особенно остро стоит вопрос о сохранении и введении эндемичного вида в культуру. В Казахстане первые опыты по интродукции показали возможность культивирования аллохрузы качимовидной в предгорной зоне Заилий- ского Алатау, а также целесообразность создания полупроизводственных и производственных посевов на юге Казахстана [7].
Одной из важных задач при введении дикорастущих видов в условия интродукции наряду с изучением биологических особенностей прорастания семян является оценка оптимальных условий хранения и приемов повышения их всхожести. Целью исследования являлись изучение влияние условий хранения и экзогенной обработки на лабораторную всхожесть Allochrusa gypsophiloides и разработка на этой основе способа повышения продуктивности семян.
Материалы и методы
Исходным материалом служили семена, собранные из естественных зарослей ТМК на территории Южно-Казахстанской области. Семена ТМК предварительно очищали от мусора и других примесей, отбирали только выполненные, неповрежденные семена. Отобранные семена хранили в пергаментных пакетах в обычных комнатных условиях в течение месяца до достижения ими равновесной влажности 5–10 %. После проверяли исходную семенную всхожесть путем проращивания в чашках Петри при 22 ºС в условиях естественного освещения по 50 семян в трех повторностях на влажной фильтровальной бумаге. Лабораторная всхожесть не превышала 15 %, которую принимали за исходную всхожесть семян ТМК перед хранением в контрольных и опытных условиях. Контрольные условия хранения — семена выдерживали при комнатной температуре. Опытные условия — семена погружали в жидкий азот со сверхнизкой температурой (–196 ºС). Контрольные семена — семена без предварительной обработки раскладывали в чашки Петри, на влажную фильтровальную бумагу. Опытные семена — семена перед проращиванием обрабатывали 0,01 % раствором гибберелловой кислоты (ГК) в течение суток, затем раскладывали в чашки Петри с фильтровальной бумагой.
Для хранения семян в условиях сверхнизких температур жидкого азота ортодоксальные семена по 60 шт. закладывали в криопробирки с соответствующими этикетками с указанием количества семян и датой закладки на хранение и помещали в криоконтейнеры, которые погружали в сосуды Дьюара с жидким азотом (–196 ºС). Общая длительность криохранения составила год с поэтапным контролем всхожести семян через 3, 5, 7, 9, 12 месяцев депонирования. Перед проращиванием семена предварительно постепенно размораживали после жидкого азота в условиях холодильной камеры в течение 6 ч.
Всхожесть контрольных и опытных семян оценивали по отношению количества проросших на 9-й день семян к количеству заложенных на проращивание, выраженному в процентах. Проращивание семян проводили при температуре 22–24 ºС при средней освещённости в чашках Петри на фильтровальной бумаге. Повторность опытов 3-кратная по 60 семян в каждой. Полученные данные обрабатывали стандартными биометрическими методами c вычислением средней арифметической, ошибки средней и достоверности по критерию Стьюдента при уровне значимости p = 0,05 [8].
Результаты и их обсуждение
Данные по всхожести у контрольных и опытных семян ТМК в зависимости от условий хранения представлены в таблице.
Таблица
Лабораторная всхожесть семян ТМК различных сроков хранения в зависимости от температурного режима хранения и обработок регулятором роста ГК
Выявлено, что семена ТМК, собранные из природных популяций, обладают 30 % чистотой, относительно легкой массой 1000 шт. (1,9 г) и отрицательной всхожестью сразу после сбора. Прокле-
вывание на 6–9-й день после замачивания отмечалось у семян через два месяца после сбора, при этом всхожесть не превышала 15 %.
Анализ динамики лабораторной всхожести в обычных условиях комнатной температуры выявил скачкообразное прорастание семян в ходе годового хранения. Исходная всхожесть семян перед закладкой на хранение не превышала 15 %, через три месяца повышалась до 23 %. Далее в течение шести месяцев хранения всхожесть существенно не менялась и колебалась без достоверных отличий в пределах 11–12,5 %. При удлинении хранения до 9 месяцев всхожесть снижалась до 5,7 %, однако к концу срока всхожесть опять повышалась до исходного значения (рис. 1).
Аналогичная закономерность была выявлена в других исследованиях, в которых отмечалось постепенное повышение семенной всхожести ТМК с момента сбора до февраля, затем снижение показателя до минимального значения к июлю месяцу и последующий подъем [7].
Постепенное повышение прорастания свидетельствует о характерном для ТМК послеуборочном дозревании семян. Последующее понижение семенной всхожести, вероятно, обусловлено наступлением вторичного покоя семян, которое, возможно, связано с интоксикацией зародыша продуктами анаэробного дыхания.
Из графиков, приведенных на рисунке 1, видно, что кривая семенной всхожести при хранении в сверхнизкой температуре жидкого азота имеет такой же вид, что и в контроле, но без характерного для последнего резкого снижения всхожести на 9-й месяц хранения.
Динамика семенной всхожести при криоконсервации имела более плавный характер. Энергия прорастания этих семян сохранялась на одном уровне до конца срока хранения и по значениям прорастания не отличалась от контроля.
Серия «Биология. Медицина. География». № 4(96)/2019
35
Анализ приведенных данных свидетельствует › т›м, чт› исп›льз›вание сверхнизк›температур- н›г› режима хранения к›нтр›льных семян с›здает благ›приятные усл›вия для размягчения семенных ›б›л›чек, набухания семян и запуска физи›л›гических пр›цесс›в, прив›дящих к пр›растанию, чт› сп›с›бствует синхр›низации пр›растания семян, б›лее дружн›му п›явлению всх›д›в за б›лее к›р›ткий пери›д.
Выявлен› влияние температурн›г› режима хранения на эффективн›сть действия регулят›ра р›ста ГК на семенную всх›жесть. Д›ст›верный стимулирующий эффект ГК выявлен в к›нтр›льных усл›виях хранения и при кри›хранении к к›нцу ср›ка хранения (215 % и 246 % к к›нтр›лю без ›бра- б›тки, с››тветственн›).
Обраб›тка ГК п›вышает всх›жесть к›нтр›льных семян д› 37,5 % на 7-й месяц хранения, т›гда как у ›пытных семян стимулирующее действие регулят›ра р›ста пр›является на 5-й месяц кри›хра- нения. При эт›м в к›нтр›льных усл›виях скачк››бразный характер пр›растания семян с›храняется, спускаясь д› 15 % и 12,5 % на 5- и 9-й месяцы с п›следующим п›вышением д› 50 % к к›нцу ср›ка хранения. В усл›виях хранения семян в жидк›м аз›те кривая динамики всх›жести п›сле ›браб›тки ГК имеет б›лее плавный характер. Всх›жесть семян в течение всег› ср›ка хранения варьирует в пределах 20–45 %, в среднем с›ставляя ›к›л› 31 % (рис. 1).
К›мбинир›вание ›птимальн›г› режима хранения семян с предп›севн›й ›браб›тк›й стимулят›- р›м р›ста ГК п›зв›ляет п›высить всх›жесть семян и с›хранить п›казатели всх›жести на ›дн›м ур›вне в течение всег› пери›да хранения. Так, всх›жесть к›нтр›льных семян в х›де хранения в усл›- виях сверхнизких температур аз›та д›ст›верн› не ›тличалась и в среднем с›ставляла 19,7 %. Семена с предп›севн›й ›браб›тк›й ГК имели п›казатель всх›жести выше к›нтр›льных в х›де всег› ср›ка хранения (рис. 2).
Таким ›браз›м, кри›к›нсервация семян ТМК ›казывает уст›йчивый п›л›жительный эффект на всх›жесть семян ›т начала д› к›нца ср›ка хранения и п›зв›ляет с›хранить герм›плазму эндемичн›г› вида без п›тери всх›жести.
Разраб›танный сп›с›б п›вышения семенн›й пр›дуктивн›сти ТМК, включающий хранение семян при температуре жидк›г› аз›та и их ›браб›тку 0,01 % ГК перед высев›м, рек›менд›ван для д›л- г›ср›чн›г› с›хранения эндемичн›г› вид и при пр›ведении мер›приятий п› интр›дукции и реинтр›- дукции эндемичн›г› вида для дальнейшег› раци›нальн›г› исп›льз›вания ег› генетических ресурс›в в научн›-практических целях.
Работа выполнена в рамках НТП на 2018–2020 гг. (№ BR05236506).
Список литературы
- Список растений, занесенных в Красную книгу Казахстана. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.nur.kz/1733395-redkie-rastenia-kazahstana-zanesennye-v-krasnuu-knigu.html
- Battger S. Triterpenoid saponins of the Caryophyllaceae and Illecebraceae family / S. Battger, M. Melzig // Phytochemistry Letters. — 2001. — Vol. 4, No. 2. — P. 59-68.
- Грудзинская Л . М. Аннотированный список лекарственных растений Казахстана / Л. М. Грудзинская, Н.Г. Гемеджиева, Н.В. Нелина, Ж.Ж. Каржаубекова. — Алматы, 2014. — С. 55.
- Алексюк П. Г. Стандартизация сапонинсодержащих препаратов, обладающих противовирусной активностью / П. Г. Алексюк, Е. С. Молдаханов, К. С. Аканова, Э. И. Анаркулова, А. П Богоявленский // Междунар. журн. прикл. и фунд. исслед. — 2014. — № 6. — С. 80, 81.
- Man S. Chemical study and medical application of saponins as anti-cancer agents / S. Man, W. Gao, Y. Zhang, L. Huang, C. Liu // Fitoterapia. — 2010. — Vol. 81(7). — P. 703-714.
- Гемеджиева Н.Г. Оценка современного состояния природных популяций Allochrusa gypsophiloides (Regel) Schischk. в Южно-Казахстанской области / Н. Г. Гемеджиева, В. К. Мурсалиева, Т. М. Муханов // Изв. НАН РК. Сер. биол. и мед. — 2016. — № 1 (313). — С. 22-29.
- Беспаев С. Б. Колючелистник качимовидный в Казахстане: морфология, систематика, фитоценология, испытания в культуре: автореф. дис. … канд. биол. наук: спец. 03.00.05 — «Ботаника» / С.Б. Беспаев. — Алматы, 1966.- 20 с.
- Лакин Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. — М.: Наука, 1990. — 352 с.