CC BY
36
УДК 581.142:582.711.71
03.00.00 Биологические науки
БИОЛОГИЯ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН НЕКОТОРЫХ ВИДОВ СЕМ. ROSACEAE JUSS1
Андросова Дария Николаевна Инженер
E-mail.: darija androsova@mail.ru
Данилова Надежда Софроновна д.б.н., профессор, ведущий научный сотрудник SPIN-код 7793-3635. E-mail.: nad9.5@mail.ru
Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН, Якутск, Россия
Изучены всхожесть и характер прорастания семян 20 видов сем. Rosaceae. Семена их характеризуются широким спектром прорастания: ускоренным, замедленным, с очень слабым или отсутствием прорастания. Лабораторная всхожесть семян хранившихся при комнатной температуре в течение 6-7 мес. имеют 80-100% - 8 видов, 66-77% - 3 вида, 1 -9% - 4 вида и 5 видов не прорастают при комнатной температуре, им необходимы особые условия для прорастания
Ключевые слова: ЯКУТСКИЙ БОТАНИЧЕСКИЙ САД, КОЛЛЕКЦИЯ, РОЗОЦВЕТНЫЕ, СЕМЕНА, ЛАБОРАТОРНАЯ ВСХОЖЕСТЬ СЕМЯН, ТИП ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН
Doi: 10.21515/1990-4665-129-016
UDC 581.142:582.711.71 Biological sciences
BIOLOGY OF SEED GERMINATION OF SOME SPECIES OF FAM. ROSACEAE JUSS
Androsova Daria Nikolaevna Engineer
E-mail .: darija androsova@mail.ru
Danilova Nadezhda Sofronovna Dr.Biol.Sci., Professor, Leading scientist RSCI SPIN-code 7793-3635 E-mail .: nad9.5@mail.ru
Institute for biological problems of cryolithozone, SB RAS, Yakutsk, Russia
We have studied the germination and the nature of germination of seeds of 20 species of FAM. Rosaceae. A wide range of germination characterizes their seeds: rapid, slow, with very poor or no germination. Laboratory germination of seeds stored at room temperature for 6-7 months have 80-100% - 8 species, 66-77% - 3, 1-9% - 4 species and 5 species did not germinate at room temperature, they need special conditions for germination
Keywords: YAKUT BOTANICAL GARDEN, COLLECTION, ROSACEAE, SEEDS, LABORATORY GERMINATION OF SEEDS ,TYPE OF SEED GERMINATION
Введение
Семейство Rosaceae - Розоцветные является одним из самых многочисленных и экономически важных в жизни человека цветковых растений. Оно насчитывают более 3000 видов многолетних и однолетних трав, листопадных и вечнозеленых деревьев, а также кустарников [1]. Во флоре Якутии насчитывается 186 видов, объединенных в 25 родов [2].
Виды сем. Rosaceae принимают активное участие в образовании кустарниковых зарослей, подлеска и второго яруса в лесах. Среди
1 Работа выполнена в рамках проекта: « Фундаментальные и прикладные аспекты изучения разнообразия растительного мира Северной и Центральной Якутии» (рег. № АААА-А17-117020110056-0).
розоцветных огромное количество ценнейших ягодных культур и декоративных растений.
Розоцветные, несмотря на хорошую способность к вегетативному разрастанию, размножаются и семенным путем. Имеются сведения об условиях прорастания семян более чем 325 видов из 36 родов [3]. Всхожесть и характер прорастания семян представителей сем. Розоцветные флоры Якутии изучены слабо.
Район, материал и методы исследований
Исследовали семена 20 видов растений сем. Rosaceae, собранных в коллекции природной флоры Якутии Якутского ботанического сада Института биологических проблем криолитозоны СО РАН (далее ЯБС) (16 видов) и в природе (4 вида) в 2014-15гг. Виды, включенные в эксперимент, представляют 12 родов (табл. 1). Спектр жизненных форм видов включает деревья, кустарники, полукустарник, полукустарничек и многолетние травянистые растения.
Семена ставили на проращивание после 6-7 месяцев хранения при комнатной температуре, на свету, в стеклянных чашках Петри (диаметр 9 см) в 4 повторностях по 50-100 штук (в зависимости от запаса семенного материала) на бумажном ложе, без какой - либо предварительной обработки. Увлажнитель - дистиллированная вода, семена увлажнялись по мере необходимости через 1-2 дня. Семя считали проросшим при наличии корешка, размер которого равен семени. Подсчет проросших семян вели ежедневно. Всхожесть оценивали по отношению количества проросших семян к количеству заложенных на проращивание, выраженному в процентах.
В качестве методического подхода нами были приняты типы прорастания семян, выделенные у дикорастущих степных и пустынных растений И. В. Борисовой [4]:
Тип 1. Семена с ускоренным прорастанием 1А. Семена с взрывным характером прорастания 1Б. Семена с быстрым прорастанием Тип 2. Семена с замедленным прорастанием
2А. Семена с медленным прорастанием и максимумом проросших семян в начале прорастания
2Б. Семена с медленным прорастанием и максимумом проросших семян в середине периода прорастания
2В. Семена с медленным прорастанием и максимальным количеством проросших семян в конце периода прорастания 2Г. Семена с медленным равномерным прорастанием Тип 3. Семена с очень слабым прорастанием или отсутствием его 3А. Семена, слабо прорастающие
3Б. Семена не прорастают (при комнатной температуре) и требуют для этого особых условий
Результаты и их обсуждение
У представителей сем. Розоцветных преобладают виды, которым свойственны семена с крупным зародышем и физиологическим покоем разной глубины. Наблюдается широкий спектр типов покоя семян [3].
Семена 20 исследованных видов распределились по всем трем типам прорастания: семена с ускоренным прорастанием, замедленным прорастанием и слабым или отсутствием его.
К 1 типу прорастания относятся семена 9 видов, из них 6 видов принадлежат роду PotentШa. Высокие темпы прорастания свежесобранных
семян лапчатки выделяют ее среди других розоцветных, которым обычно свойствен период покоя [5].
Подтип 1А с взрывным характером объединяет 3 вида и подтип 1Б с быстрым прорастанием - 6 видов. У семян этого типа органический покой отсутствует, прорастание ускоренное и отмечается на 3-6 день (1А) и 2-6 день (1Б) от начала постановки опыта. Семена прорастают дружно и характеризуются высокой всхожестью 94-100% (1А) и 66-99% (1Б). Продолжительность прорастания у семян подтипа 1А составляет 3-5 дней, подтипа 1Б - 12-15 дней. Средняя всхожесть за 1 день равна 14,3-32 % (1А) и 5,5-7,1% (1Б) (табл.1).
Всего 2 видами представлен 2 тип прорастания - семена этого типа прорастают растянуто. В опыте представлены 2 вида, семена Sanguisorba offjcinalis относятся к подтипу 2А - максимум проросших семян у него отмечается в начале прорастания и семена Potentilla bifurca относятся к подтипу 2Б - максимальная порция проросших семян этого вида отмечена в середине прорастания. Замедленное прорастание семян обусловлено физиологическим покоем различной глубины. Хотя прорастание семян этих видов начинается на 2-4 день, всхожесть семян достаточно высока, но в силу того, длительность прорастания продолжается в течение 1-1,5 месяцев, средняя всхожесть за 1 день невысока, 50% семян прорастают за 18 дней (табл.1). Подтипы 2В и 2Г среди изученных семян не представлены.
К типу 3 - к семенам с очень слабым прорастанием или отсутствием его относятся 9 видов. Семена подтипа 3А характеризуется слабым прорастанием, к нему относятся 4 вида. Это семена Comarum palustre, Dryas punctata, Sorbus sibirica, Filipendula ulmaria. Начало прорастания у двух видов (C. palustre, F. ulmaria) сильно задерживается. Всхожесть семян
всех 4 видов низкая от 1 до 9 %, но при таком невысоком проценте период прорастания растягивается у Comarum palustre на 15 дней и у Dryas punctata - на 37(табл.1). К подтипу 3Б относятся 5 видов. Семена их при комнатных условиях после 6-7 месяцев сухого хранения не дали всходов, это семена древесных растений (Cotoneaster melanocarpus, Rosa acicularis, R. amblyotis, Sorbocotoneaster pozdnjakovii, Padus avium). Для этих семян для прорастания необходимы особые условия, такие как холодная стратификация, скарификация и др. [3,6]. Сильное тормозящее действие на прорастание могут оказывать твердый околоплодник, недоразвитость зародыша, присутствие веществ-ингибиторов и др. [7,8]
Таблица 1
Характеристика прорастания семян сем. Rosaceae
Вид Тип прорастания Год сбора Дата начала опыта НП1 (день) ДП2 (день) ЛВ3 (%) СВ4 (%) 50%5 (день)
Spiraea salicifolia 1А 2015 14.06.16 3 5 100 14,3 4
Potentilla arenosa 1А 2014 04.03.15 6 3 94 31,3 5
P. nivea 1А 2015 14.03.16 6 3 96 32
P. tollii 1Б 2015 14.03.16 3 12 86 7,1 4
Spiraea media 1Б 2015 14.03.16 2 14 98 7 5
Geum aleppicum 1Б 2015 14.03.16 5 14 99 7 3
P. inquinans 1Б 2015 14.03.16 6 13 89 6,8 1
P. multifida 1Б 2015 14.03.16 5 12 66 5,5 4
P. stipularis 1Б 2015 14.03.16 3 15 90 6 1
Sanguisorba officinalis 2А 2014 04.03.15 2 53 77 1,4 15
Potentilla bifurca 2Б 2014 10.03.15 4 27 74 2,7 18
Sorbus sibirica ЗА 2015 14.03.16 3 4 2 0,5 0
Comarum palustre ЗА 2014 03.03.15 53 15 2 0,13 0
Dryas punctata ЗА 2014 03.03.15 3 37 9 0,24 0
Filipendula ulmaria ЗА 2015 14.03.16 25 1 1 1 0
Cotoneaster 3Б 2015 14.03.16 0 0 0 0 0
melanocarpus
Rosa acicularis 3Б 2015 14.03.16 0 0 0 0 0
Н. ablyotis 3Б 2015 14.03.16 0 0 0 0 0
Sorbocotoneaster 3Б 2015 14.03.16 0 0 0 0 0
pozdnjakovii
Padus avium 3Б 2015 14.03.16 0 0 0 0 0
Примечание: НП1 - начало прорастания, ДП2 - длительность прорастания (от начала прорастания), ЛВ3 - лабораторная всхожесть, СВ4 - средняя всхожесть за 1 день, 50%5 -день прорастания пятидесяти процентов семян.
Опыты по выведению из покоя проводились с семенами Sorbocotoneaster pozdnjakovii, эндемиком Южной Якутии. Плод ярко красного цвета, округлой формы, диаметром 0,01±0,02 мм, число плодов в одной кисти достигает от 6 до 13, мякоть сочная, количество семян в одном плоде колеблется от 3 до 4, семена трехгранные, овальной формы, средних размеров, светло- желтого цвета, 0,465±0,02 мм дл., 0,34±0,01 мм шир., масса 1000 семян составляет 16,3±0,04 г.
В качестве контроля осенью 2013 г. в открытый грунт были посеяны свежесобранные семена ^ pozdnjakovii в количестве 100 штук . Единичные всходы (2%) были отмечены только на третий год, в 2016 г.
Для выведения из покоя были использованы семена урожая 2014 г., собранные в коллекции ЯБС. Семена были заложены на холодную стратификацию под открытым небом во влажном песке в марте и апреле 2015 г. Продолжительность 1-го опыта - 3 месяца, 2-го - 2 месяца. Температурный режим весны 2015 г. приведен в таблице 2.
В год посева всходов не было отмечено, семена начали прорастать только на второй год. Всхожесть семян после двухмесячной стратификации составила 15%, после трехмесячной - 36%.
Таблица 2
Температурный режим воздуха в 2015г. (Якутск), °С
Средняя температура месяца Минимальная температура месяца Максимальная температура месяца
Март -10,4 -23,0 7,0
Апрель -2,3 -14,0 10,0
Май 11,4 -2,0 18,0
Использованы данные www.Gismeteo.ru: Gismeteo.Дневник
Также был поставлен эксперимент по изучению динамики прорастания семян Sanguisorba officinalis, Potentilla multifida, P. tollii в зависимости от сроков хранения. Результаты показали, что у семян этих видов характер прорастания не меняется и не зависит от сроков хранения (табл. 3).
Таблица 3
Прорастание семян видов сем. Rosaceae после различных сроков хранения в лабораторных условиях (Т+20....26оС)
Вид Год сбора СХ1 НП2 ДП3 ЛВ4 СВ5 50%6 Тип
(день) (день) (%) (%) (день) прорастания
Potentilla 2013 1 год 2 5 80 16 1 1А
tollii 2 год 4 3 86 28,7 1 1А
4 год 1 5 87 17,4 2 1А
Sanguisorba 2014 1 год 2 53 77 1,4 15 2А
officinalis 2 год 4 36 66 1,65 6 2А
3 год 2 21 68 3,2 7 2А
P. multifida 2013 1 год 3 8 24 3 - 2А
2 год 4 2 42 21 - 2А
4 год 2 3 14 4,7 - 2А
Примечание: СХ1 - срок хранения, НП2 - начало прорастания, ДП3 - длительность прорастания (от начала прорастания), ЛВ4 - лабораторная всхожесть, СВ5 - средняя всхожесть за 1 день, 50%6 - день прорастания пятидесяти процентов семян.
Исследованные виды относятся к 1А и 2А типам. Начало прорастания семян изученных видов после 2-х лет хранения задерживается на 2 дня, с хранением длительность прорастания сокращается почти в 2 раза. Лабораторная всхожесть при хранении у семян Potentilla tollii сохраняется, у семян Sanguisorba officinalis незначительно уменьшается, у семян
Potentilla multifida на второй год всхожесть повышается в 2 раза, на 3 год отмечено снижение.
Средняя всхожесть семян за 1 день сильно варьирует по годам и меняется в зависимости от сокращения или увеличения длительности прорастания семян и их общей всхожести. Прорастание 50% семян Potentilla tollii и Sanguisorba officinalis отмечено на 1 и 8-9 дни, у Potentilla multifida из-за невысокой всхожести определить этот параметр не представляется возможным.
Выводы
У исследованных семян 20 видов сем. Rosaceae наблюдается широкий спектр типов прорастания - 1А и Б, 2А и Б, 3 А и Б. К первому типу семян с ускоренным прорастанием относятся семена 9 видов. Ко второму - с замедленным прорастанием - 2 вида, слабо прорастают или не прорастают в комнатных условиях семена 9 видов.
У большинства семян отсутствует первичный покой, они начинают прорастать на 2 - 4-й, реже 6 - 10 день. В глубоком покое находятся семена кустарников и деревьев (Cotoneaster melanocarpus, Crataegus dahurica, Rosa amblyotis, R. davurica, Sorbocotoneaster pozdnjakovii).
Проведенные исследования по определению всхожести семян растений сем. Розоцветных флоры Якутии показали высокий процент их прорастания у Geum aleppicum, Potentilla inquinans, P. arenosa, P. nivea,, P. tollii, P. stipularis, Spiraea media, S. salicifolia, всхожесть их достигала от 80 до 100%. Sanguisorba officinalis, Potentilla bifurca, P. multifida обладают cредней всхожестью 66-77%, Comarum palustre, Dryas punctata, Filipendula ulmaria, Sorbus sibirica низкой - 1-9%. Семена 5 видов (Cotoneaster melanocarpus, Rosa acicularis, R. amblyotis, Sorbocotoneaster pozdnjakovii, Padus avium) не прорастают при комнатной температуре и требуют для
этого особых условий. Холодная стратификация может повысить грунтовую всхожесть семян Sorbocotoneaster pozdnjakovii до 30%.
Характер прорастания семян Sanguisorba officinalis, Potentilla multifida, P. tollii от сроков хранения не меняется.
Литература
1. Тахтаджян А. Л. Система магнолиофитов.- Л.: Наука, 1987. - 439 с.
2. Конспект флоры Якутии: Сосудистые растения/сост. Л.В.Кузнецова, В.И.Захарова. - Новосибирск: Наука, 2012. - 272 с.
3. Николаева М.Г. Особенности прорастания семян растений из подклассов Dilleniidae, Rosidae, Lamiidae и Asteridae //Ботан. журнал. - 1989. - Т.74. - №5. - С. 651 - 668.
4. Борисова И.В. Типы прорастания семян степных и полупустынных растений // Ботан. журнал. - 1996. - Т .81, - №12. - С. 9 - 22.
5. Попцов А.В. Значение температурного фактора в прорастании семян. Журн. общ. Биологии. - 1961. - XXII.
6. Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян. - Л.: Наука., 1985. - 347 с.
7. Работнов Т. А. Методы изучения семенного размножения травянистых растений в сообществах // Полевая геоботаника. М.-Л. 1960. - Т.2. - С. 20 - 40.
8. Вайнагий И.В. О методике изучения семенной продуктивности растений // Ботан. журнал. - 1974. - Т.59. - №6. - С. 826 - 831.
References
1. Tahtadzhjan A.L. Sistema magnoliofitov.- L.: Nauka, 1987. - 439 s.
2. Konspekt flory Jakutii: Sosudistye rastenija/sost. L.V.Kuznecova, V.I.Zaharova. -Novosibirsk: Nauka, 2012. - 272 s.
3. Nikolaeva M.G. Osobennosti prorastanija semjan rastenij iz podklassov Dilleniidae, Rosidae, Lamiidae i Asteridae //Botan. zhurnal. - 1989. - T.74. - №5. - S. 651 -668.
4. Borisova I.V. Tipy prorastanija semjan stepnyh i polupustynnyh rastenij // Botan. zhurnal. - 1996. - T .81, - №12. - S. 9 - 22.
5. Popcov A.V. Znachenie temperaturnogo faktora v prorastanii semjan. Zhurn. obshh. Biologii. - 1961. - XXII.
6. Nikolaeva M.G., Razumova M.V., Gladkova V.N. Spravochnik po prorashhivaniju pokojashhihsja semjan. - L.: Nauka., 1985. - 347 s.
7. Rabotnov T.A. Metody izuchenija semennogo razmnozhenija travjanistyh rastenij v soobshhestvah // Polevaja geobotanika. M.-L. 1960. - T.2. - S. 20 - 40.
8. Vajnagij I.V. O metodike izuchenija semennoj produktivnosti rastenij // Botan. zhurnal. - 1974. - T.59. - №6. - S.826 - 831.
