CC BY
1УДК 582.89:581.48
Морфология и биология прорастания семян Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (Apiaceae)
Елисафенко Т.В.1, Цицилин А.Н.2 :ФГБУН Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, Новосибирск, Россия 2ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических
растений, Москва, Россия [email protected], [email protected]
Аннотация. В настоящее время интродукция ценного лекарственного вида Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (Apiaceae) является особенно актуальным. Вид включен в региональные Красные книги Амурской области, Забайкальского края, Республики Бурятия. Семенное размножение - единственный способ воспроизводства растений. Цель данной работы - выявить особенности прорастания семян в зависимости от происхождения, условий и срока хранения. Использовали плоды из природных популяций и из интродукционных центров - ВИЛАР (г. Москва), ЦСБС СО РАН (г. Новосибирск), Цзилиньского аграрного университета (г. Чанчунь, Китай). Изучали прорастание семян в комнатных условиях в 1-2 месяцев. Также определяли степень зрелости семян на оптическом микроскопе Axio Lab. A1 (Carl Zeiss). Определена гетеромерикарпия у интродуцентов и плодов из природной популяции. Мерикарпии и семена наиболее крупные образуются у интродуцентов, в среднем 6 мм и 3,9 мм длиной, соответственно. В зрелых семенах зародыш составляет 20-28 % от длины семени. Установлено что зародыш проходит стадии развития от недифференцированной глобулярной, сердечковидной до дифференцированной - торпедовидной. Выявлено, что семена с недоразвитым зародышем способны прорастать. Хранение при пониженных температурах в течение 1-2 лет не оказывают положительного влияния на прорастание семян. Биологическая долговечность семян больше 7 лет. Всхожесть на 8-ой год хранения составила 10-26 %.
Ключевые слова: Saposhnikovia divaricata, всхожесть семян, хранение семян, морфология мерикарпиев и семян.
Biology of seed growth of Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (Apiaceae)
Elisafenko T.V.1, Tsitsilin A.N.2 1Central Siberian Botanical Gaden, Siberian Branch of the Russian Academy of Science, Novosibirsk,
Russian Federation
2All- Russian Scientific Research Institute of Medicinal and Aromatic Plants, Moscow, Russian Federation
[email protected], [email protected]
Summary. Currently, the introduction of the valuable medicinal species Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (Apiaceae) is particularly relevant. The species is included in the regional Red Books of the Amur Region, the Trans-Baikal Territory, and the Republic of Buryatia. Seed reproduction is the only way to reproduce plants. The purpose of this work is to identify the features of seed germination depending on the origin, conditions and shelf life. Fruits from natural populations and from introduction centers were used -VILAR (Moscow), CSBS SB RAS (Novosibirsk), Jilin Agrarian University (Changchun, China). The germination of seeds in room conditions was studied at 1-2 months. The degree of seed maturity was also determined using an Axio Lab. A1 optical microscope (Carl Zeiss). Heteromericarpy has been determined in introduced plants and fruits from the natural population. The mericarpia and seeds are the largest in the introduced plants, on average 6 mm and 3.9 mm long, respectively. In mature seeds, the embryo is 20-28% of the seed length. It has been established that the embryo goes through the stages of development from undifferentiated globular, heart-shaped to differentiated - torpedoid. It was revealed that seeds with an underdeveloped embryo are able to germinate. Storage at low temperatures for 1-2 years does not have a positive effect on seed germination. The biological longevity of the seeds is more than 7 years. The germination rate for the 7th year of storage was 10-26 %.
Key words: seed germination, seed storage, morphology of mericarpia and seeds.
Введение. Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (Apiaceae) является ценным лекарственным растением, внесенным в списки региональных Красных книг Амурской области [1], Забайкальского края [2], Республики Бурятия [3]. В настоящее время в ряде интродукционных центров Российской Федерации (гг. Москва, Барнаул, Улан-Удэ, Новосибирск) разрабатываются методы культивирования этого вида [4, 5, 6, 7, 8].
S. divaricata - монокарпические, стержнекорневые растения, образующие каудекс, в основном без придаточных корней. Произрастает в Монголии, Китае, на Корейском полуострове, в России (юг Дальнего Востока и Восточной Сибири). Спрос на растительное сырье (корни) этого вида очень высок на мировом уровне [9, 10]. В связи с широким использованием корней сапожниковии растопыренной в традиционной китайской медицины (ТКМ) и нехваткой объемов их выращивания в КНР, в последние годы наблюдается их массовая хищническая заготовка населением Республики Бурятия, Забайкальского края с целью продажи для дальнейшего контрабандного вывоза за границу [11]. Поэтому создание товарных плантаций с. растопыренной в России и официальный экспорт её сырья, а ещё лучше продуктов первичной переработки, в Китай является важным и перспективным делом.
Семенное размножение - единственный способ воспроизводства растений. Соцветие S. divaricata метелка, состоящая из двойных зонтиков, ветвление генеративного побега в условиях культуры происходит до 5 порядка, при этом созревание семян и диссеминация пролонгировано. Поэтому изучение биологии прорастания семян этого вида особенно актуально. Цель данной работы -выявить особенности прорастания семян в зависимости от происхождения, условий и срока хранения.
Материалы и методы. Использовали плоды (мерикарпии) полученные из природных популяций Республики Бурятия: 2016 г. сбора из Тарбогатайского района (П1), 2022 г. сбора из Иволгинского района (П2); из интродукционных центров: 2022 г. сбора из семена получены от УНУ "Коллекции открытого и защищённого грунта Ботанического сада ВИЛАР" (г. Москва, семена получены из г. Чанчунь, Китай), 2022 г. сбора семян из УНУ № USU 440534 «Коллекции живых растений в открытом и закрытом грунте» ЦСБС СО РАН (г. Новосибирск, семена получены из Республики Бурятия, Тарбогатайский р-н), 2017 г. сбора из Цзилиньского аграрного университета (г. Чанчунь, Китай). Мерикарпии (семена) хранились в комнатных условиях (+23 °С), а также при +4 °С (ЦСБС), -18 °С (ЦСБС), при переменных температурах: в комнатных условиях (+23 °С) в течение первого года после сбора, а затем +4 °С- (-18) °С (Китай). Мерикарпии из Иволгинского района и из коллекции ВИЛАР имели околоплодник зеленого цвета, что предполагало незрелость семян. Поэтому была изучена морфология мерикарпиев и семян.
Плод S. divaricata вислоплодник, состоит из 2 мерикарпиев. Внутри каждого находится семя с тонкой семенной кожурой, с эндоспермом и зародышем. Измерения размеров мерикарпиев и семян проводили на микроскопическом оборудовании ЦСБС СО РАН - стереомикроскопе Carl Zeiss Stereo Discovery V12 при увеличении 10-30 раз с цветной цифровой камерой высокого разрешения AxioCam MR^5 и программой AxioVision 4.8 для получения, обработки и анализа изображений в 20-кратной повторности. Семена перед измерениями замачивали на 12-18 ч. Определяли следующие параметры: длина, ширина и толщина мерикарпия, длина и ширина семени, длина зародыша, семядолей, оси зародыша, ширина семядолей и зародышевого корешка, индекс мерикарпия (отношение его ширины к длине), индекс семени (отношение его ширины к длине), отношение длины зародыша к длине семени (в %), отношение длины семядоли к длине оси зародыша (в %). Отмечали поверхность мерикарпия и степень развития зародыша.
Ранее нами опубликованы результаты по биологии прорастания семян в зависимости от положения мерикарпиев на соцветии [5], от режима проращивания [12], от обработки семян [13]. С учетом проведенных исследований семена проращивали при комнатной температуре +23-25 °С, на свету. Мерикарпии помещали на комбинированное ложе (кварцевый песок и бумажный фильтр) в чашках Петри в 4-х повторностях по 50-100 шт. Вариант опыта семян из Республики Бурятия в связи с их малочисленностью проведен в одной повторности. Результаты подведены по истечению 30-60 дней опыта, определяли всхожесть, период до прорастания семян, энергию прорастания (в первые семь дней от начала прорастания) и интенсивность энергии прорастания [14], процент целых и сгнивших семян.
Результаты обрабатывали методами математической статистики. Определяли среднее арифметическое значение (М), его ошибку (m), коэффициент вариации (V). Различия средних оценивали по критерию Стьюдента при 95 %-ном уровне вероятности [15].
Результаты исследований и их обсуждение. Нами выявлена гетеромерикарпия у плодов интродуцентов (ЦСБС, ВИЛАР) и природных популяций из Республики Бурятия. Околоплодник может быть гладкий, с ребрами и в разной степени выраженности бугорков, до сосочков. Отмечено, что околоплодник мерикарпиев из КНР не имел выраженной структуры. У интродуцентов ЦСБС 48 % мерикарпиев были с гладким околоплодником, 41 % с бугорками и сосочками, 11 % с выраженными ребрами, из ВИЛАР 37 % мерикарпиев имели гладкий околоплодник, у 45 % выражены ребра и у 18 % бугорки и сосочки, у растений из природной популяции Бурятии (П2) у 54 % мерикарпиев выявлен околоплодник с бугорками и сосочками, у 13 % выражены ребра и 33 % с гладким околоплодником.
Морфологическое разнообразие структуры околоплодника у некоторых видов зонтичных также отмечала Т.А. Остроумова [16]. Наиболее крупные мерикарпии и семена образовывались у интродуцентов (табл. 1), при этом они не имели достоверных различий по длине мерикарпия (1^ = 0,71, при р=0.95), длине семени (1^ = 0,58) и длине семени к мерикарпию (1^=1,03). Большинство признаков имели значения с достоверным различием между выборками. На это, с одной стороны, влияла, степень зрелости плодов, а с другой стороны, полученные результаты свидетельствует о высокой изменчивости изученных признаков у вида.
Цвет околоплодника определяет зрелость семян. Зрелые семена имеют коричневый цвет околоплодника. Мерикарпии с зеленоватым околоплодником имели семена с зародышами разной степени развития: от недифференцированной глобулярной, сердечковидной до дифференцированной - торпедовидной. В зрелых семенах зародыш составляет 20-28 % от длины семени, в незрелых - 2-16
о/ /о.
Таблица 1
Характеристика мерикарпиев и семян Saposhnikovia ёыапеМа (Тигое.) 8еЫ8оЬк.
Пара метр Длина, мм Индекс мерикарпи я Индекс семени Длина семени/ длина мерикарпи я Длина зародыша/ длина семени
мерикарпия семени зародыша
Интродуценты ЦСБС
M± m 5,93±0,10 3,90±0,07 0,79±0,04 0,47±0,01 0,53±0,01 0,66±0,01 0,20±0,01
V, % 10,41 9,44 24,13 12,62 6,92 9,59 18,72
lim 4,74-7,39 3,25-4,8 0,48-1,24 0,37-0,61 0,45-0,61 0,57-0,77 0,15-0,28
Интродуценты ВИЛАР
M± m 6,01±0,03 3,86±0,02 0,40±0,04 0,53±0,00 0,52±0,00 0,65±0,00 0,10±0,01
V, % 10,17 8,93 48,05 9,3 7,95 11,34 45
lim 4,76-6,86 3,27-4,46 0,21-0,69 0,47-0,65 0,47-0,62 0,48-0,78 0,05-0,16
Китай
M± m 4,85±0,02 3,66±0,01 0,81±0,10 0,54±0,00 0,54±0,00 0,76±0,00 0,22±0,00
V, % 10,97 9,66 11,91 12,30 11,96 5,18 12,50
lim 4,18-6,08 3,17-4,4 0,64-0,97 0,39-0,69 0,43-0,66 0,68-0,85 0,16-0,27
Природные (Бурятия)
M± m 4,77±0,02 3,55±0,03 0,27±0,01 0,52±0,00 0,51±0,01 0,75±0,00 0,07±0,00
V, % 9,52 12,50 41,52 15,29 19,42 7,09 40,14
lim 3,78-5,55 2,51-4,19 0,09-0,52 0,43-0,66 0,36-0,64 63,7382,98 0,02-0,14
Примечание: М - среднее арифметическое значение, m - его ошибка, lim - диапазон значений, V - коэффициент вариации.
Семена S. divaricata имеют неглубокий покой. Хранение при пониженных температурах в течение первого года не оказывает положительного влияния на прорастание семян (табл. 2). Так после 0,5 лет хранения при +23 °С, +4 °С, -18 °С всхожесть семян составила 74-93 %, 78-80 %, 62-88 %, соответственно. Во второй год хранения показатели периода до прорастания семян, всхожести семян и энергии прорастания были близки к данным по мерикарпиям, которые хранились при комнатных условиях. Всхожесть семян после 6,5 лет хранения при пониженных температурах (Китай) установлена 58-70 %, в то время как этот показатель у семян (Республика Бурятия, П1) 4,5 и 7,5 лет хранения при + 23 °С определен 54-65 % и 10-26 %, соответственно.
Период до прорастания семян во всех вариантах опыта не превышал 20 дней, как правило, семена начинаю прорастать после 5-7 дней от начала опыта во всех вариантах. У семян с недоразвитым зародышем и с продолжительным сроком хранения удлиняется период прорастания семян и увеличивается число сгнивших семян по сравнению со зрелыми семенами и 1-2 года хранения.
Таблица 2
Прорастание семян Saposhnikovia ёыапеМа (Тигое.) 8оЫ8оЬк. в зависимости от срока и
условий хранения
Условия хранения, срок хранения (год) Период, дни Всхожесть, о/ % Энергия прорастания, о/ % Интенсивность энергии прорастания, %
до прорастания прорастания
Интродуценты ЦСБС
+23°С, 0,5 10-20 34-49 72-84 4-16 5-19
+23°С, 1,5 5-8 11-45 74-93 50-62 62-76
+23°С,3,5 8-10 15-36 62-88 40-80 65-91
+4°С, 0,5 10-20 44-50 50-60 6-8 69-71
+4°С, 1,5 7-10 6-38 78-80 40-62 49-78
-18°С, 0,5 10-11 48-53 58-66 2-6 72-74
-18°С, 1,5 5-7 20-36 62-88 12-26 19-30
Интродуценты ВИЛАР
+23°С, 0,5 8-12 26-28 24-44 9-14 20-58
КНР
-18°С, 6,5 7-8 31-34 58-70 4-25 6-43
Природные (Бурятия, П1)
+23°С, 0,3 7 49 88-92
+23°С, 4,5 8-10 23-47 51-63 37-44 60-75
+23°С, 7,5 13-16 12-18 10-26 4-18 16-69
Природные (Бурятия, П2)
+23°С, 0,5 12 11 9 7 78
Выявлено, что семена с недоразвитым зародышем способны прорастать. Так семена, собранные в августе (естественная диссеминация - сентябрь) в Республике Бурятия проросли на 12-й день опыта, всхожесть - 9 %. Всхожесть семян у незрелых мерикарпиев была значительно ниже зрелых, как у интродуцентов, так и у семян из природной популяции. Однако период до прорастания незрелых семян не отличался от незрелых, также и динамика их прорастания была сравнима со зрелыми семенами (интенсивность энергии прорастания 20-58 % и 78 % в сравнении 5-19 %. На конец опыта 30-60 дней оставались единичные целые семена. Вероятно, температура выше +23 °С и влажность - являются оптимальными условиями для прорастания и в естественных условиях могут провоцировать массовое прорастание семян и отсутствие пополнения банка семян в почве. При сухой погоде в период диссеминации семена могут сохранится в почве, но, вероятно, это снизит их всхожесть на следующий год. Таким образом несмотря на длительную биологическую долговечность - по крайней мере 8 лет, существование банка семян данного вида в почве маловероятно. Кроме этого, можно предположить не ежегодное массовое прорастание семян. Отмеченные особенности являются частью жизненной стратегии вида, позволяющие снижать внутривидовую конкуренцию в природных сообществах.
В связи с повышенным интересом к возможности интродукции данного вида проведенные исследования позволяют рекомендовать массовый сбор семян при созревании мерикарпиев (коричневый околоплодник) на зонтиках второго-третьего порядка.
Заключение. Нами установлена гетеромерикарпия для популяций Saposhnikovia ё^апеа1а из Республики Бурятия и у интродуцентов. Выявлены мерикарпии с гладким околоплодником, с выраженными ребрами, и более сложной структурой - с бугорками и сосочками. Наиболее крупные мерикарпии и семена у интродуцентов - около 6 мм и 3,9 мм длиной, соответственно. Определено, что мерикарпии с зелеными околоплодником имеют зародыш сердечковидной стадии развития, который составляет около 10 % от длины семени, в то время как торпедовидный зародыш - 20-25 %. Установлено, что семена с недоразвитым зародышем имеют низкую всхожесть 9-44 %, однако период до прорастания не уменьшается, и сохраняется динамичное прорастание. Хранение семян при пониженных температурах +4°С и -18 °С в первый год хранения оказывают отрицательное влияние, на второй год хранения сравнимы с хранением при + 23 °С. Биологическая долговечность семян больше 7 лет. Всхожесть на 8-ой год хранения составила 10-26 %.
Благодарности. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 23-24-00445.
Список литературы:
1. Постановление Правительства Амурской области от 30.11.2022 N 1163 "О внесении изменений в постановление Правительства Амурской области от 16 октября 2008 г. N 233". №8. Сапожниковия растопыренная - Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk.
2. Постановление Правительства Забайкальского края от 28 августа 2019 года № 350 «О внесении изменения в раздел 1 «Отдел Покрытосеменные - Angiosperma» Перечня объектов растительного мира, занесенных в Красную книгу Забайкальского края, утвержденного постановлением Правительства Забайкальского края от 16 февраля 2010 года № 52 [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/550188977?marker (дата обращения: 07.09.2023).
3. Красная книга Республики Бурятия: Растения и грибы. Белгород: КОНСТАНТА, 2023. 342 с.
4. Елисафенко Т.В., Королюк Е.А., Югрина П.Н., Урбагарова Б.М., Тараскин В.В. Результаты первичной интродукции Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. в Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН // Растительный мир Азиатской России. 2021. № 4. С. 293-302.
5. Елисафенко Т.В., Югрина П.Н., Жигмитцыренова Б.М., Казаков М.В., Тараскин В.В. Особенности семенного размножения Saposhnikovia divaricata (Apiaceae) // Растительные ресурсы. 2023. Т. 59. № 4. С. 424-438. DOI: 10.31857/S0033994623040039
6. Зубова К.А. Природные ресурсы Южно-сибирского ботанического сада //Кадастр недвижимости и мониторинг природных ресурсов. 2021. С. 142-144.
7. Половинкина С.В. 2022. Морфологические особенности и продуктивность Saposhnikovia divaricata (Turcz.) в условиях Иркутского района // Климат, экология, сельское хозяйство Евразии. 2022. С. 67-74.
8. Цицилин А.Н. Интродукция Сапожниковии растопыренной (Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk.) в ботаническом саду ВИЛАР // Современные проблемы интродукции и сохранения биоразнообразия растений. 2022. С. 118-122.
9. Tai J., Cheung S. Anti-proliferative and antioxidant activities of Saposhnikovia divaricata // Oncology Reports. 2007. Vol. 18. N 1. Р. 227-234
10. Urbagarova B.M., Shults E.E., Taraskin V.V., Radnaeva L.D., Petrova T.N., Rybalova T.V., Frolova T.S., Pokrovskii A.G., Ganbaatar J. Chromones and coumarins from Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. Growing in Buryatia and Mongolia and their cytotoxicity // Journal of Ethnopharmacology. 2020. Vol. 261, N 1.
11. Корсун О.В. Трансграничный спрос создаёт угрозу растениям Даурской степи // Степной бюллетень. 2018- 2019. №51-52. C. 49-51.
12. Елисафенко Т.В., Югрина П.Н. Некоторые особенности латентного периода Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (Apeaceae) // Российская ботаника в меняющемся мире. 2023. С. 30-32.
13. Елисафенко Т.В., Железниченко Т.В., Югрина П.Н., Жигмитцыренова Б.М., Казаков М. В., Тараскин В.В. «Особенности прорастания семян и введение в культуру in vitro Saposhnikovia divaricata (Turcz. ex Ledeb.) Schischk // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2023б. Т. 13. № 4. С. 552-560.
14. Елисафенко Т.В., Дорогина О.В. Методические рекомендации по интродукции и восстановлению природных популяций редких и исчезающих видов растений. Кемерово: Примула, 2021. 48 с.
15. Лакин Г.Ф. Биометрия. М, 1973. 342 р.
16. Остроумова Т.А. Микроморфология плодов зонтичных (Umbelliferae) Сибири и особенности морфологического разнообразия этого семейства // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии. 2020. Т.19. №1. С. 44-48.
