CC BY
20
НОВЫЙ ДЕКОРАТИВНЫЙ ИСКУССТВЕННЫЙ ГИБРИД ALNUSINCANA (L.) MOENCH. х A. HIRSUTA (SPACH) TURCZ. EX RUPR.
Е.В. БАНАЕВ, кандидат биологических наук;
Т.И. НОВИКОВА, доктор биологических наук Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, Новосибирск, Россия
Введение
Ольха (Alnus Mill.) - ценная декоративная порода. Многие ее виды обладают высоким фенотипическим полиморфизмом [1], широко используются декоративные формы, отличающиеся типом кроны, цветом, размерами, особенностями строения листовой пластинки [11, 19].
Имеется достаточно сведений о существовании естественных [5, 13, 15, 17, 20, 26] и искусственных [7, 10, 16, 18, 22] межвидовых гибридов ольхи, обладающих различными полезными свойствами и позволяющих получать семена, дающие жизнеспособное потомство с явлением гетерозиса [27]. Однако лишь немногие гибриды ольхи признаны экономически значимыми для лесного хозяйства [24].
Кроме практического значения, работы по изучению межвидовой гибридизации имеют существенную теоретическую составляющую, поскольку гибридизация считается важным эволюционным механизмом [4, 6, 8].
В Евразии наиболее широко распространенны 2 близких вида - ольха серая (A. incana (L.) Moench.) и ольха пушистая (A. hirsuta (Spach) Turcz. ex Rupr.). В природе их ареалы не перекрываются, а данные об экспериментах по искусственному скрещиванию этих видов не известны.
Целью настоящей работы было изучение особенностей скрещивания ольхи серой и ольхи пушистой и оценка свойств межвидовых гибридов.
Объекты и методы исследования
В эксперименте использовали экземпляры ольхи серой и ольхи пушистой 30-летнего возраста из арборетума Центрального сибирского ботанического сада СО РАН (г. Новосибирск, Россия). Образец A. incana (L.) Moench. выращен из семян, полученных из Финляндии, а образец A. hirsuta (Spach) Turcz. ex Rupr. - из семян с российского Дальнего Востока. Фенологические наблюдения за видами в дендрарии ЦСБС, а также анализ литературных данных [9] показали, что периоды цветения A. incana и A. hirsuta на юге Западной Сибири полностью перекрываются. Пыльцу собирали в лаборатории со срезанных за 2 недели до начала цветения стеблей. До начала опытов пыльцу хранили в плотно закрытых стеклянных пробирках в морозильной камере при температуре -15oC. Опыление провели в момент массового цветения видов в обоих направлениях. После опыления изоляторы сохраняли на побегах в течение 2-х недель. Семена собирали осенью до начала раскрытия соплодий и хранили в сухом виде в холодильнике при положительной температуре 3-5°С. Проращивание семян гибридов провели весной следующего года. Перед проверкой на всхожесть в лабораторных условиях семена подвергли кратковременной стратификации при 5°С в течение 10 суток и затем инкубировали в термостате при 25°С. Предлагаемая методика была выбрана как оптимальная после проведения серии экспериментов с различными видами ольхи [3]. В качестве контроля использовали семена с растения A. incana, участвующего в эксперименте, но полученные от свободного опыления.
Для введения в культуру in vitro семена гибридов обрабатывали раствором коммерческого препарата Domestos (20%) в течение 10 мин, затем их многократно (5 раз) промывали дистиллированной водой. Стерильные семена помещали в чашки Петри на водный агар (1%) и держали в холодильнике при 5°С в течение 10 сут. Затем семена инкубировали в термостате при 27°С.
Эпикотили размером около 1 см перенесли в жидкую среду WPM [23], содержащую 20 мг/л сахарозы, 7 г/л агара и различные концентрации БАП (0,5 и 1,0 мг/л). Культуры выращивали при 25±2°C и 16-часовом искусственном освещении. Для индукции корнеобразования побеги пассировали на S WPM, содержащей 1,0 мг/л ИМК.
При переводе растений в условия ex vitro их помещали в контейнеры, наполненные стерильным кварцевым песком и увлажненные S WPM. Через 1 месяц адаптации растения переносили на почвенный субстрат, содержащий торф, сосновую измельченную кору, сфагновый мох и вермикулит (1:1:1:1) для дальнейшей акклиматизации в теплице. Через 2 месяца хорошо укорененные растения помещали в питомник.
Результаты и обсуждение
В результате проведенного эксперимента выяснилось, что полноценные семена высокого качества сформировались в том и другом варианте скрещивания. Прорастание семян начиналось на третьи сутки инкубации. Период прорастания длился 7 суток, при этом гибридные семена имели более высокую энергию прорастания и более высокий процент всхожести по сравнению с контролем (табл.).
Таблица
Всхожесть семян ольхи в лабораторных условиях
Вариант скрещивания Всхожесть на 3 сут, % Всхожесть на 7 сут., %
A. incana x A. hirsuta ($х^) 91,3 ± 0,66 97,5 ± 0,21
A. hirsuta x A. incana ($х^) 71,8 ± 1,14 74 ± 0,97
A. incana (контроль) 53 ± 0,92 65,8 ± 0,84
Соотношение числа семян, проросших на 3 сутки инкубации, к общему числу проросших семян у гибридов составило 94-97%, тогда как в контроле - около 80%. Итоговая всхожесть семян A. incana x A. hirsuta превысила контроль почти на 32%. Следует отметить, что такой высокий процент всхожести (почти 100%) редко наблюдается у семян ольхи, полученных при свободном опылении, не говоря уже об искусственных межвидовых гибридах [12, 14, 27]. Обычно всхожесть семян ольхи не превышает 70%, что обусловлено наличием значительного количества пустых семян. Высокое качество семян межвидовых гибридов указывает на отсутствие у A. incana и A. hirsuta каких-либо барьеров, препятствующих скрещиванию, что представляет интерес как с теоретической, так и с практической точек зрения.
В ходе эксперимента нами было обнаружено, что около 5% проростков A. incana х A. hirsuta имели рассеченную листовую пластинку. Интересно заметить, что декоративная форма была получена только в варианте, когда материнским растением была A. incana. Эти проростки были отобраны для дальнейшего размножения in vitro.
Размножение проводили на среде WPM без добавления ауксинов. Ранее нами был показан негативный эффект этих регуляторов роста, проявляющийся в образовании каллуса у A. incana f. laciniata [2]. При введении в культуру этой декоративной формы ольхи обнаружено, что использование НУК (0,1 и 0,2 мг/л) приводило к формированию каллуса на поверхности срезов, на стеблях и листьях эксплантов. Причина активного образования каллуса связана, возможно, с высоким содержанием эндогенных ауксинов. Подобный эффект был отмечен ранее при размножении in vitro ольхи черной [21, 25].
Рис. 1. Кластер микропобегов A. incana x A. hirsuta на среде WPM, дополненной 0,5 мг/л БАП
Рис. 2. Адаптированные образцы A. incana x A. hirsuta
Использование среды WPM, дополненной БАП (0,5 и 1,0 мг/л), для размножения эпикотилей декоративного гибрида A. incana х A. hirsuta способствовало формированию кластеров побегов, которые отличались друг от друга в зависимости от концентрации цитокинина. Шарообразные кластеры, образовавшиеся на среде с добавлением 0,5 мг/л БАП, состояли из компактных пазушных и адвентивных побегов (рис. 1) без признаков витрификации в отличие от кластеров на фоне 1,0 мг/л БАП, состоявших из коротких ломких микропобегов. После 3-4 субкультивирований высокий уровень цитокинина вызывал нарушения развития побегов и образование каллуса.
Перенос микропобегов на среду WPM без регуляторов роста способствовал их быстрому вытягиванию, через неделю культивирования их высота составляла 8-15 мм. Затем микропобеги культивировали на среде, содержащей 1,0 мг/л ИМК для индукции корнеобразования. Дальнейшее укоренение проводили в условиях ex vitro, где через 4 недели растения сформировали корни второго порядка. Приживаемость декоративных регенерантов (рис. 2) в субстрате составило 100%.
Выводы
1. Отсутствуют барьеры, препятствующие скрещиванию A. incana и A. hirsuta. В природе эти виды не смешиваются лишь благодаря отсутствию контактов ареалов.
2. Искусственная гибридизация ольхи может служить источником новых декоративных форм.
3. Гибрид A. incana х A. hirsuta заметно отличается от известных рассеченнолистных форм ольхи и представляет интерес для озеленения и зеленого строительства.
Список литературы
1. Банаев Е.В., Шемберг М.А. Ольха в Сибири и на Дальнем Востоке России. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. - 99 с.
2. Особенности размножения и сохранения редких декоративных форм ольхи / Банаев Е.В., Киселева Т.И., Новикова Т.И., Черных Е.В. // Сиб. экол. журн. - 2005. - № 4. - С. 607-613.
3. Банаев Е.В., Банаева Ю.А., Киселева Т.И. Сравнительно-экологическое исследование прорастания семян в различных систематических группах рода Alnus Mill. s.l. // Сиб. экол. журн. - 2006. - № 2. - С. 175-179.
4. Бобров Е.Г. Интрогрессивная гибридизация во флоре Байкальской Сибири // Бот. журн. - 1961. - Т. 46, № 3. - С. 313-327.
5. Бобров Е.Г. Некоторые черты новейшей истории флоры и растительности южной
части Дальнего Востока // Бот. журн. - 1980. - Т. 65, № 2. - C. 172-184.
6. Грант В. Видообразование у растений. - М.: Мир, 1984. - 528 с.
7. Кундзиньш А.В. Опыты искусственной гибридизации ольхи // Повышение продуктивности леса. - Рига: Зинатне, 1968. - С. 69-99.
8. Майр Э. Популяции, виды и эволюция. - М.: Мир, 1974. - 460 с.
9. Лучник З.И. Интродукция деревьев и кустарников в Алтайском крае. - М.: Колос, 1970. - 656 с.
10. Ромедер Э., Шенбах Г. Генетика и селекция лесных пород. - М.: Сельхозиздат, 1962. - 268 с.
11. Соколов С.Я., Стратонович А.И. Род 2. Alnus Gaertn. - Ольха // Деревья и кустарники СССР. - М., Л.: Наука, 1951. - Т. 2. - C. 334-353.
12. Щепотьев Ф.Л., Павленко Ф.А. Быстрорастущие древесные породы. - М.: Изд-во с/х лит., журн. и пл., 1962. - 373 с.
13. Юркевич И.Д., Гельтман В.С., Парфенов В.И. Сероольховые леса и их хозяйственное использование. - Минск: Изд-во АН БССР, 1963. - 142 с.
14. Asakawa S., Nagao A. Germination behavior of Alnus inokumai seeds // J. Japan. Forest. Soc. - 1963. - V. 45, N 10. - P. 331-334.
15. Banaev E.V., Bafrant V. Study of natural hybridization between Alnus incana (L.) Moench. and Alnus glutinosa (L.) Gaertn. // J. For. Sc. - 2007. - N 53. - Р. 66-73.
16. Chiba S. Studies on the tree improvement by means of artificial hybridization and polyploidy in Alnus and Populus species // Bull. Oji Inst. For. Tree Impr. - 1966. - N 1. - Р. 1165.
17. Fér F., Sedivy Z. Prirozeni krizenci olse lepkavé (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.) a olse sedé (Alnus incana (L.) Moench.) // Sborník Lesnické Fakulty Vysoké Skoly Zémédelské v Praze. - 1963. - N 6. - Р. 191-215.
18. Heitmüller H.H. Die selbstungsanalyse als möglichkeit der kombinationsprüfung bei kreuzungen innerhalb der gattung Alnus. Tagung für forstpflanzenzüchtung // Silv. Genet. -1957. - N 6. - P. 158-159.
19. Hylander N. On cut-leaved and small-leaved forms of Alnus glutinosa and A. incana // Svensk. bot. tidsk. - 1957. - Bd. 51, N 2. - S. 437-453.
20. Kobendza R. Meiszance naturalne olszy szarej i czarnej w Polsce (Alnus incana Moench. x Alnus glutinosa Gaerth. - Alnus hybrida Alex. Braun.) // Rocznik Dend. - 1956. -N 56. - Р. 57-62.
21. Lall S., Mandegaran Z., Roberts A.V. Shoot multiplication in cultures of mature Alnus glutinosa // Plant Cell, Tissue and Organ Cult. - 2005. - V. 83. - Р. 347-350.
22. Ljunger A. Al-oh alforadling // Scoden. - 1959. - V. 46, N 5. - Р. 115-117.
23. Lloyd G., McCown B. Commercialy feasible micropropagation of mountain laurel Kalmia latifolia by use of shoot-tip culture // Proc. Inter. Pl. Prop. Soc. - 1980. - N 30. -Р. 421-427.
24. Mejnartowicz L. Olsze - Alnus Mill. // Nasze Drewa Lesne. - 1981. - N 8. -Р. 201-227.
25. Perinet P., Lalonde M. In vitro propagation and nodulation of the actinorhizal host plant Alnus glutinosa (L.) Gaerth. // Pl. Sci. Lett. - 1983. - N 29. - Р. 9-17.
26. Steele F.L. Introgression of Alnus serrulata and Alnus rugosa // Rhodora. - 1961. -V. 63, N 755. - P. 297-304.
27. Václav E. Klícivost semen olse (Alnus sp.) z krízení na mladych hybridech // Lesnicky casopis. - 1963. - N 9. - Р. 811-820.
