CC BY
43
Вестник ДВО РАН. 2016. № 3
УДК 581.48:581.142
Н.М. ВОРОНКОВА, А.Б. ХОЛИНА
Влияние глубокого замораживания на прорастание семян растений прибрежно-морских и прилегающих территорий Дальнего Востока России
Исследования прорастания и влияния на него криоконсервации (хранение в жидком азоте при —196 °С) семян 60 видов растений прибрежно-морских и прилегающих к ним территорий Дальнего Востока России показали, что большинство видов (81,7 %) формируют хорошо выполненные успешно прорастающие семена. Криоконсервация не оказала отрицательного влияния на прорастание семян 56 видов (93,3 %). Ультранизкие температуры стимулировали всхожесть семян 13 видов (21,7 %), подавляли — 4 видов (6,7 %). Результаты исследования свидетельствуют о перспективности использования криоконсервации для хранения генетических ресурсов изученных видов растений.
Ключевые слова: прорастание семян, всхожесть, криоконсервация семян, растения прибрежно-морских районов, галофиты, Приморье, Курильские острова, о-в Сахалин, о-в Монерон.
Effect of deep freezing on germination of plants of shore-marine and the adjacent areas of the Russian Far East. N.M. VORONKOVA, A.B. KHOLINA (Institute of Biology and Soil Science, FEB RAS, Vladivostok).
Studies on the seed germination and cryopreservation (seed storage in liquid nitrogen at —196 °C) of 60 species from shore-marine and the adjacent areas of the Russian Far East have shown that the most species (81.7 %) form the filled seeds successfully germinating. Cryopreservation didn't have a negative influence on the seed germination of 56 species (93.3 %). Ultra-low temperatures had stimulatory effect on germinability of 13 species (21.7 %>) and reduced germinability of 4 species (6.7%). The results demonstrate the efficiency of cryopreservation for the storage of genetic resources of the studied types ofplants.
Key words: seed germination, germinability, seed cryopreservation, coastal plants, halophytes, Primorye, the Kuril Islands, Sakhalin Island, Moneron Island
Значительная протяженность морских берегов Дальнего Востока России, уязвимость их растительных группировок определяют интерес к растительности на этих территориях, прежде всего к изучению и сохранению видового состава как галофитов супралиторали, так и растительности морских скал, береговых валов, разнотравных лугов, приморских склонов, участков на границе горных склонов и морских террас, а также прилегающих к ним биотопов [1, 8, 10]. Иногда на морские побережья в силу тех или иных причин, в том числе антропогенных, выходят виды, обитающие в удаленных от моря районах. Галофиты, населяющие субстраты морского происхождения и заболоченные участки заплеска морских вод, а также испытывающие действие импульверизации соленой водой, выработали различные биоморфологические приспособления к специфической среде обитания [2, 4, 12, 17]. В данной работе рассматриваются 13 видов гало-фильных растений морских побережий Дальнего Востока: Atriplex subcordata, Salicornia
ВОРОНКОВА Нина Михайловна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, *ХОЛИНА Алла Борисовна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник (Биолого-почвенный институт ДВО РАН, Владивосток). *Е-таП: [email protected]
perennans, Salsola komarovii, Suaeda heteroptera, Honckenya oblongifolia, Artemisia stel-leriana, Triglochin maritimum, Plantago camtschatica, Potentilla stolonifera, Scrophularia grayana, Seneciopseudoarnica, Tripolium pannonicum, Spergularia marina. Их принадлежность к галофильной флоре подтверждается литературными данными [8, 16, 20 и др.]. Остальные изученные нами виды в той или иной мере связаны с прибрежно-морскими районами. Согласно исследованиям В.Ю. Баркалова [1], на супралиторали Курильских островов часто присутствуют лесные виды и виды, типичные для кустарничковых тундр, в частности Fragariayezoensis и Empetrum sibiricum. В зоне морских прибоев встречается представитель скальной растительности Cochlearia officinalis; на приморских скалах и каменистых склонах найдены виды, типичные для высокогорий, - Oxytropis retusa, Saxifraga cherlerioides, Aquilegia flabellata; из болотной растительности, часто обнаруживаемой в понижениях морских террас, присутствуют Hemerocallis esculenta и Empetrum sibiricum; по склонам морских и приречных террас в кустарничковых сообществах встречается Rhododendron aureum, относящийся к горно-тундровой растительности [1]. Среди местонахождений Montia Fontana - обитателя берегов пресноводных водоемов и приморских скал - на Сахалине указаны заболоченные побережья зал. Эхаби [2]. Появление некоторых видов на морских побережьях связано с антропогенными факторами: Digitalis purpurea можно считать заносным, Iris pseudacorus - одичавшим. Многие рассматриваемые в статье виды являются представителями приморских лугов южного Приморья. Некоторые из них, например редкий вид Lilium cernuum, распространены на разнотравных лугах склонов морских террас [10].
В целях восстановления популяций ценных видов растений на засоленных почвах, а также по природоохранным и экономическим соображениям, весьма актуально изучение прорастания их семян [15, 19]. До сих пор неясно, почему семена одних видов более, а других менее солеустойчивы. Для некоторых видов показано, что реакция прорастания на солевой стресс носит видоспецифический характер, а ингибирующий эффект зависит от типа и концентрации солей [15, 19, 21]. Иногда солеустойчивость проростков тесно коррелирует с содержанием в семенах ионов натрия, накопленного при формировании семян на материнском растении [12]. В природных условиях, в частности на солевых маршах, прорастание семян и плотность проростков связаны с условиями сезонного изменения уровня засоленности субстрата [14, 17]. Для почв юга Дальнего Востока России характерно сезонное варьирование степени засоления. В муссонном климате в летний период под влиянием ливневых дождей степень засоления береговых почв снижается, а в сравнительно сухой период с осени до весны засоленность почв вновь возрастает, иногда до образования солевой корки на их поверхности [11]. Ранее нами было показано, что семена некоторых видов растений при максимальной степени засоления почв не погибают и при рассолении субстрата быстро прорастают [5].
С точки зрения сохранения биоразнообразия растений в районах со сложной экологической ситуацией, в том числе на прибрежно-морских территориях, особенно актуальны исследования семенного размножения растений и создание резервного фонда семян. В настоящее время наиболее перспективным методом формирования семенного фонда является криоконсервация - замораживание семян в жидком азоте при температуре -196 °С [9, 13]. При таком режиме хранения в семенах практически полностью останавливаются метаболические процессы, тогда как общепринятый режим (5 °С) не вполне надежен.
Цель нашего исследования - изучение прорастания семян растений прибрежно-мор-ских и прилегающих к ним территорий юга Приморского края, Курильских островов, Сахалина, о-ва Монерон и выявление видоспецифической ответной реакции семян на крио-консервацию.
Материалы и методы
Материалом для исследования служили семена 60 видов растений, относящихся к 28 семействам, из 77 мест обитания в южной части Приморского края (побережье зал. Петра Великого, 25 видов), на островах Курильской гряды (32 вида), Сахалин и Мо-нерон (20 видов). Опыты проводились в 1997-2014 гг. По некоторым видам результаты исследований уже опубликованы [3, 6].
Известно, что семена галофитов лучше прорастают в пресной воде, чем в соленой [5, 18], поэтому семена всех исследованных видов проращивали с использованием пресной воды. Проращивание осуществлялось в лабораторных условиях при температуре 25 ± 3 °С (режим «тепло») и световом режиме 16 ч на свету и 8 ч в темноте. При отсутствии всходов в течение 1 мес. семена переносили в холодильную камеру и подвергали стратификации при 5 ± 3 °С в течение 1-4 мес., затем снова возвращали в лабораторию и проращивали при 25 ± 3 °С (режим «тепло-холод-тепло»). Семена отдельных видов при наличии информации о необходимости их стратификации сразу помещали в холодильную камеру с температурой 5 ± 3 °С на 1-4 мес. с последующим переносом в тепло (режим «холод-тепло»). Криообработку проводили путем прямого погружения завернутых в фольгу семян в жидкий азот (-196 °С) на 1-3 мес., затем семена отогревали 2 ч при комнатной температуре и ставили на проращивание одновременно с контрольными семенным материалом, который хранили в лаборатории. Для преодоления состояния покоя семена перед посевом обрабатывали концентрированной серной кислотой в течение 20 мин с последующим промыванием в проточной воде.
Семена проращивали по 50 шт. в трехкратной повторности в чашках Петри на фильтровальной бумаге с подстилкой из ваты или в прокаленном песке. Для анализа динамики определяли число суток до начала прорастания (Т0). Всхожесть оценивали как процент проросших семян от общего количества заложенных на проращивание. Высокой считали всхожесть в пределах 51-100 %, средней - 30-50 %, низкой - ниже 30 %. Энергию прорастания определяли по дружности всходов за 5 сут с момента появления 1-го проростка. Результаты представлены как средние значения со стандартной ошибкой. Достоверность разницы между контролем и опытом (всхожесть без обработки и после криоконсервации) оценивали по критерию Стьюдента (t): на 95 %-ном доверительном уровне при трехкратной повторности опытов разница достоверна при t > 2,78.
Результаты и обсуждение
Семена дикорастущих видов, в отличие от культурных, часто пребывают в покое различной степени глубины, и для их успешного проращивания необходимо использовать определенные приемы преодоления покоя. Эксперименты с семенами 60 видов показали, что семена 36 видов прорастали без стратификации (табл. 1), семена 13 видов (за исключением Fragaria yezoensis) - только после стратификации (табл. 2), семена 11 видов прорастали как до, так и после стратификации (см. рисунок).
Проращивание семян без стратификации
В опытах с семенами 36 видов из 22 семейств показано, что большинство видов этой группы (26 видов, 72,2 %) имели семена высокой всхожести, для 7 видов (19,4 %) выявлена средняя всхожесть (табл. 1), т.е. семена 91,6 % видов, согласно классификации М.Г. Николаевой с соавторами [7], не находились в состоянии глубокого покоя. Наиболее активно прорастали семена представителей сем. Brassicaceae (всхожесть для 5 видов находилась в пределах 88-100 %), Caryophyllaceae (2 вида, 90-92 %), Chenopodiaceae (4 вида, 42-88 %), Asteraceae (4 вида, 62-99 %). Из табл. 1 видно, что большинство видов с высокой
Таблица 1
Всхожесть семян без стратификации в контроле (К) и после экспозиции в жидком азоте (А)
Семейство Вид T„ сУт Энергия прорастания, % Всхожесть, % t***
К А К А К А
Asteraceae Arnica unalaschcensis 4 4 19,5 ± 2,4 20,7 ± 3,8 24,9 ± 2,4 24,7 ± 4,2 0,07
Artemisia stelleriana* 5 5 76,0 ± 5,3 66,0 ± 5,3 78,0 ± 5,3 68,7 ± 5,2 14,0
2 5 94,0 ± 2,0 36,0 ± 4,0 94,0 ± 2,0 97,3 ± 2,7 0,69
Phalacroloma annuum 4 4 53,3 ± 7,0 56,7 ± 8,7 62,3 ± 5,2 72,7 ± 8,8 0,82
Picris japonica* 3 3 80,0 ± 4,0 80,7 ± 5,7 84,0 ± 2,0 81,3 ± 5,3 0,80
2 2 96,0 ± 2,0 92,0 ± 2,0 98,7 ± 1,3 97,3 ± 1,8 2,00
Stenotheca tristis 2 2 77,3 ± 3,5 88,7 ± 0,7 82,7 ± 4,1 88,7 ± 0,7 1,30
Boraginaceae Myosotis sachalinensis 5 5 21,3 ± 3,5 24,0 ± 2,3 26,7 ± 1,3 32,0 ± 2,3 4,00
Brassicaceae Arabis stelleri 3 3 90,0 ± 0,0 86,0 ± 4,6 90,7 ± 0,7 92,0 ± 4,2 0,29
Cardamine regeliana* 3 3 62,5 ± 2,5 79,6 ± 3,5 87,9 ± 3,5 93,1 ± 3,4 1,35
3 3 74,4 ± 8,3 88,0 ± 4,0 87,3 ± 5,2 96,7 ± 8,3 1,63
Cardaminopsis lyrata 3 3 100 100 100 100 0
Cochlearia officinalis 2 2 88,0 ± 3,1 92,0 ± 3,1 92,7 ± 2,4 94,7 ± 2,4 0,48
Erysimum pallasii 4 4 98,0 ± 2,0 82,5 ± 0,2 98,0 ± 2,0 96,1 ± 2,6 0,44
Campanulaceae Platycodon grandiflorus 6 6 82,7 ± 3,5 74,3 ± 2,2 84,0 ± 3,5 79,5 ± 1,2 1,62
Caryophyllaceae Dianthus chinensis 6 1 92,0 ± 4,6 74,0 ± 8,1 92,0 ± 4,6 82,7 ± 4,1 2,00
Honckenya oblongifolia 6 6 0,7 ± 0,7 2,6 ± 1,7 90,0 ± 9,0 84,7 ± 4,4 1,11
Chenopodiaceae Atriplex subcordata 3 1 28,7 ± 4,7 14,7 ± 1,3 42,7 ± 5,2 44,0 ± 4,2 1,31
Salicornia europaea 1 1-2 30,7 ± 0,7 32,7 ± 4,7 50,7 ± 2,4 57,3 ± 6,4 1,05
Salsola komarovii 1 1 88,0 ± 4,2 96,7 ±1,8 88,0 ± 4,2 98,7 ± 1,3 4,40
Suaeda heteroptera* 1 1 55,3 ± 2,7 44,0 ± 6,1 55,3 ± 2,7 44,0 ± 6,1 3,21
1 1 57,3 ± 3,7 63,3 ± 3,3 58,0 ± 4,0 65,3 ± 3,5 0,99
Empetraceae Empetrum sibiricum 30 30 0,7 ± 0,7 1,3 ± 0,7 17,3 ± 1,3 21,3 ± 1,8 1,31
Ericaceae Rhododendron aureum 10 9 65,3 ± 4,7 83,3 ± 3,3 74,7 ± 2,9 88,0 ± 2,3 3,05
Fabaceae Oxytropis retusa 6 4 5,3 ± 1,3 25,3 ± 3,3 9,3 ± 1,3 41,3 ± 3,7 10,47
Trifolium lupinaster 1 1 2,7 ± 1,8 66,0 ± 3,5 8,0 ± 1,2 84,0 ± 1,2 32,91
Vicia amurensis 6 5 18,0 ± 2,0 19,3 ± 6,6 30,0 ± 4,2 33,3 ± 2,6 1,15
Hemerocallidaceae Hemerocallis esculenta* 5 5 37,7 ± 8,7 43,3 ± 4,4 81,7 ± 6,0 73,3 ± 8,8 1,89
11 10 13,3 ± 3,9 22,2 ± 4,5 86,7 ± 3,8 86,7 ± 0,0 0,01
Juncaceae Luzula capitata 13 10 19,3 ± 4,4 19,3 ± 3,7 96,7 ± 1,8 88,0 ± 3,1 2,14
Juncaginaceae Triglochin maritimum 4 4 52,7 ± 4,8 44,0 ± 4,6 65,3 ± 7,0 57,3 ± 3,5 2,31
Liliaceae Lilium cernuum 9 7 50,7 ± 3,5 44,0 ± 2,3 58,7 ± 3,5 66,7 ± 7,1 0,76
Onagraceae Epilobium
cephalostigma 5 5 78,7 ± 2,0 44,7 ± 2,4 81,1 ± 3,2 50,0 ± 0,0 9,72
Papaveraceae Papaver miyabeanum 4 4 64,8 ± 0,8 69,0 ± 2,9 76,3 ± 2,2 83,3 ± 1,8 12,12
Plantaginaceae Plantago camtschatica* 2 2 50,0 ± 8,8 67,3 ± 3,5 51,3 ± 8,7 69,3 ± 3,3 2,95
2 2 98,7 ± 1,3 98,7 ± 1,3 98,7 ± 1,3 98,7 ± 1,3 0
3 3 96,2 ± 1,0 100 98,1 ± 1,0 100 2,00
Polygonaceae Persicaria maculata** 5 5 35,1 ± 1,8 38,3 ± 3,8 35,1 ± 1,8 41,7 ± 3,9 1,22
Portulacaceae Montia fontana 5 5 16,7 ± 2,9 16,5 ± 0,7 22,7 ± 2,4 23,7 ± 2,0 0,61
Rosaceae Potentilla stolonifera 7 6 44,2 ± 20,5 40,0 ± 6,1 78,3 ± 8,3 78,7 ± 2,7 0,03
Saxifragaceae Saxifraga cherlerioides 6 6 82,0 ± 4,2 73,3 ± 2,9 84,0 ± 4,0 80,7 ± 3,7 0,61
Scrophulariaceae Digitalis purpurea 2 2 98,3 ± 0,9 100 99,3 ± 0,3 100 2,00
Valerianaceae Patrinia scabiosifolia 6 6 32,7 ± 5,7 16,0 ± 3,1 34,0 ± 5,0 20,7 ± 2,4 2,86
* Проращивание семян видов из разных популяций.
** Семена перед посевом обработаны серной кислотой.
*** По критерию Стьюдента разница достоверна при t > 2,78.
всхожестью являются быстро прорастающими, в особенности это относится к галофи-там наиболее засоленных участков. Активное прорастание семян 6 видов галофитов при рассолении субстрата было показано нами ранее [5]. По поводу галофитов засоленных болот из литературных данных известно, что подавление прорастания при высокой солености и высокие темпы прорастания при низкой солености могут быть механизмом поиска безопасного места для закрепления проростков, так как степень засоления почвенной влаги существенно варьирует во времени и пространстве [16]. Возможно, стратегия заселения прибрежно-морских районов быстро прорастающими видами, в том числе однолетниками, имеет решающее значение для выживания прибрежной растительности. Способность к быстрому прорастанию при снижении солености, что в условиях Дальнего Востока России создается муссонным климатом с его ливневыми дождями, обеспечивает возобновление этих видов на морских побережьях.
Семена 3 видов (Empetrum sibiricum, Oxytropis retusa и Trifolium lupinaster) без предпосевной обработки показали низкую всхожесть. Для E. sibiricum характерно наличие глубокого экзогенного покоя, остальные два вида относятся к сем. Fabaceae, семена которых обладают физическим типом покоя, и для их прорастания требуется нарушение целостности семенных оболочек путем скарификации [7].
Для 6 видов были взяты семена из 2-3 популяций. Семена Plantago camtschatica в одной из 3 исследованных популяций показали меньшую всхожесть, чем в остальных. Plantago camtschatica - растение супралиторали и приморских скал. Пониженной всхожестью характеризуются семена растений из супралиторальных зон, сформировавшиеся в более суровых условиях, при более высокой солености субстрата, нежели с участков с меньшей засоленностью (скалы, дюны).
После криогенного воздействия семена 28 видов (77,8 %) рассматриваемой группы сохранили всхожесть на уровне контроля. Для 3 видов, представленных несколькими популяциями (Artemisia stelleriana, Suaeda heteroptera и Plantago camtschatica), выявлена межпопуляционная гетерогенность реакции семян на криоконсервацию. В 1-2 популяциях каждого из этих видов всхожесть не отличалась от контрольной, у Artemisia stelleriana и Suaeda heteroptera в 1 из изученных популяций - достоверно снизилась, но осталась
Влияние криоконсервации (-196 °С) на всхожесть семян растений, прорастающих до и после стратификации (режим «тепло-холод-тепло»). К - контроль (проращивание семян без предпосевной обработки), А - предпосевное замораживание семян в жидком азоте
довольно высокой, а у Plantago camtschatica в популяции с супралиторали с наименьшим уровнем всхожести - повысилась. Отмечены случаи понижения всхожести у Epilobium cephalostigma и Patrinia scabiosifolia, что может быть обусловлено индивидуальными особенностями семян. В то же время всхожесть семян после криообработки достоверно увеличилась у 6 видов (16,7 %), в том числе у двух видов сем. Fabaceae, что вызвано нарушением физического покоя семян. В данном случае действие жидкого азота заменяет скарификацию.
Проращивание семян со стратификацией
Прорастание семян только после стратификации. У семян 7 видов, не проросших при 25 ± 3 °С, после стратификации при 5 ± 3 °С появились всходы (за исключением Fragaria yezoensis, сем. Rosaceae), но интенсивность прорастания была довольно низкой и всхожесть не превысила 45 % (табл. 2). По-видимому, для преодоления покоя им необходим иной температурный режим или предпосевная обработка: например, мерикарпии (семена) Angelica ursina прорастали при частичном или полном удалении околоплодника.
При проращивании в режиме «холод-тепло» семена 5 видов активно реагировали на условия стратификации: всхожесть находилась в пределах 53-98 %, т.е. для преодоления
Таблица 2
Всхожесть семян при проращивании со стратификацией в контроле (К) и после экспозиции в жидком азоте (А)
Вид (семейство) Температура, °С (срок выдержки, мес.) Энергия прорастания, % Всхожесть, % t*
К А К А
Angelica ursina
(Apiaceae) 25 (1) + 5 (3) + 25 (1) 20,7 ± 2,4 14,0 ± 2,3 34,0 ± 3,1 46,0 ± 1,2 2,88
Coptis trifolia 25 (1) + 5 (2) + 25 (2) + 5 (2) +
(Ranunculaceae) + 25 (2) + 5 (9)** 3,3 ± 0,8 1,7 ± 0,8 45,8 ± 3,6 67,0 ± 11,0 1,45
Fragaria yezoensis
(Rosaceae) 25 (1) + 5 (3) + 25 (1) 0 8,7 ± 1,8 0 34,0 ± 4,2 8,17
Pedicularis oederi
(Scrophulariaceae) 25 (1) + 5 (4) + 25 (5) - - 24,0 ± 4,6 20,0 ± 4,0 0,65
Potentilla egedii
(Rosaceae) 25 (1) + 5 (2) + 25 (2) 15,1 ± 7,1 17,9 ± 4,6 17,7 ± 5,8 20,8 ± 4,1 1,30
Primula cuneifolia
(Primulaceae) 25 (1) + 5 (4) + 25 (5) 34,3 ± 2,2 40,3 ± 5,5 44,0 ± 1,2 44,3 ± 6,5 0,14
Trollius chinensis
(Ranunculaceae) 25 (1)+ 5 (3) + 25 (1) 10,7 ± 0,7 6,7 ± 1,3 14,0 ± 1,2 12,7 ± 0,7 2,00
Iris pseudacorus
(Iridaceae) 5 (4) + 25 (2) 87,3 ± 1,8 77,6 ± 8,2 91,7 ± 2,0 90,0 ± 5,0 0,32
Milium effusum
(Poaceae) 5 (4) + 25 (3) 12,4 ± 3,4 10,5 ± 2,5 94,3 ± 4,3 96,0 ± 2,0 0,27
Pedicularis
schistostegia
(Scrophulariaceae) 5 (3) + 25 (1) 80,0 ± 11,0 85,3 ± 8,1 80,0 ± 11 86,7 ± 8,1 0,76
Scrophularia grayana
(Scrophulariaceae) 5 (4) + 25 (5) 0,7 ± 0,7 5,3 ± 1,5 6,1 ± 0,1 33,6 ± 10,1 2,80
Vaccinium praestans
(Ericaceae) 5 (3) + 25 (1) 98,0 ± 1,0 98,0 ± 2,0 98,0 ± 1,0 98,0 ± 2,0 0,50
Viola sacchalinensis
(Violaceae) 5 (4) + 25 (1)+ 5 (5) + 25 (3) 39,7 ± 5,1 43,3 ± 4,4 53,0 ± 2,6 63,3 ± 7,3 2,20
* По критерию Стьюдента разница достоверна при t > 2,78.
** Проращивание при двухкратном повторе режима «тепло-холод-тепло».
Примечание. Прочерк означает, что после появления 1-го проростка в течение 5 дней других не появилось.
покоя в данном случае достаточно было воздействия низких положительных температур в течение 3-4 мес. Исключение составляет Scrophularia grayana (сем. Scrophulariaceae). Для представителей рода Scrophularia отмечено наличие физиологического покоя средней глубины [7], однако почти пятикратное увеличение всхожести семян данного вида после криовоздействия указывает на наличие и физического типа покоя. Комбинированный тип покоя у семян Scrophularia grayana требует подбора индивидуального режима проращивания.
Действие ультранизких температур не привело к изменению всхожести семян 10 видов (76,9 %), у 3 видов всхожесть достоверно увеличилась. Не прораставшие в контроле семена Fragaria yezoensis показали всхожесть 34 %. По-видимому, и в этом случае при замораживании происходит растрескивание семенных покровов и нарушение физического покоя.
Прорастание семян до и после стратификации. Отдельную группу составили 11 видов растений, семена которых прорастали как до, так и после стратификации (на рисунке представлены 8 видов из этой группы). Для 6 видов наблюдалась высокая всхожесть (50-100 %), при этом у 4 видов семена одинаково активно прорастали до и после стратификации, у Lychnis fulgens и Veronica americana - после стратификации. Среднюю всхожесть показали Spergularia marina и Tripolium pannonicum. Основная часть семян этих видов проросла до стратификации; возможно, времени действия низких положительных температур (1,5 мес.) было недостаточно для эффективного преодоления физиологического механизма торможения. Всхожесть ниже 30 % имели виды Acetosella vulgaris - 6,0 ± 2,0 %, Senecio pseudoarnica - 14,3 ± 1,7 %, S. viscosus -25,3 ± 3,7 % (на рисунке не представлены). Для семян видов Senecio отмечено наличие физиологического покоя [7]. Для них необходимы дальнейшие исследования способов преодоления покоя и подбор видоспецифических режимов проращивания. После экспозиции в жидком азоте у 5 видов всхожесть семян не изменилась, у 3 - снизилась, при этом у Hemerocallis esculenta и Veronica americana осталась высокой (более 70 %). Для семян Spergularia marina необходимо дальнейшее выяснение условий их криох-ранения. Остальные 3 вида показали достоверное увеличение всхожести после крио-консервации.
Большинство исследованных видов (81,7 %) образуют семена с высокой и средней всхожестью - от 30 до 100 %. Изучение реакции семян растений прибрежно-морских и прилегающих к ним районов на глубокое замораживание свидетельствует о том, что крио-консервация не приводит к их гибели. Реакция семян была видоспецифична. Для 93,3 % изученных видов всхожесть семян после воздействия сверхнизких температур сохранилась на уровне контроля или повысилась. Для некоторых видов отмечено значительное увеличение процента проросших семян после действия на них жидкого азота (Oxytropis retusa, Trifolium lupinaster, Fragaria yezoensis, Acetosella vulgaris, Scrophularia grayana), что, по-видимому, связано с нарушением плотности семенных покровов. Семена одного вида из разных популяций не всегда одинаково реагируют на глубокое замораживание. Поэтому при создании банка семян для более полной мобилизации генофонда индивидуальных видов семенной материал необходимо брать из как можно большего числа доступных популяций.
Заключение
Из 60 видов, относящихся к 28 семействам, прибрежно-морских и прилегающих к ним территорий южной части Приморского края, Курильских островов, Сахалина и о-ва Монерон, большинство (81,7 %) образуют вполне сформированные семена, способные к прорастанию. Семена многих видов прорастают быстро, т.е. не имеют глубокого покоя. Способность к быстрому прорастанию в благоприятный период при снижении
солености обеспечивает выживание видов прибрежно-морских районов. Для 56 видов из 60 изученных замораживание и хранение семян при ультранизкой температуре не оказало отрицательного действия на их прорастание. Напротив, отмечено стимулирующее действие ультранизких температур: у 21,7 % видов (13 из 60) всхожесть семян после криохранения повысилась, у 71,6 % видов (43) не отличалась от контрольной. Снижение всхожести наблюдалось только для 4 видов (6,7 %).
Полученные данные служат подтверждением тому, что замораживание семян в жидком азоте, вызывающее глубокий анабиоз, можно использовать для их долговременного хранения. В процессе экспериментов определен видоспецифичный температурный режим хранения и проращивания, который может быть использован в процессе мониторинга состояния семян при их криохранении, а также при интродукции и реинтродукции изученных видов.
Авторы благодарят доктора биологических наук В.Ю. Баркалова (БПИ ДВО РАН) за предоставление семян растений Курильских островов, а также островов Сахалин и Монерон.
ЛИТЕРАТУРА
1. Баркалов В.Ю. Очерк растительности // Растительный и животный мир Курильских островов (материалы Международного курильского проекта). Владивосток: Дальнаука, 2002. С. 35-66.
2. Баркалов В.Ю. Флористические находки на острове Сахалин // Растительный и животный мир острова Сахалин (материалы Международного сахалинского проекта). Ч. 1. Владивосток: Дальнаука, 2004. С. 23-38.
3. Воронкова Н.М., Холина А.Б. Видовая специфика реакции семян прибрежных растений на колебания солености морской воды // Экология. 2010. № 3. С. 163-167.
4. Воронкова Н.М. Влияние криоконсервации на жизнеспособность семян и плодов некоторых видов флоры острова Монерон (Сахалинская область) // Раст. ресурсы. 2007. Т. 43, вып. 3. С. 34-41.
5. Воронкова Н.М., Холина А.Б., Журавлев Ю.Н. Морфобиологическая характеристика и реакция на крио-консервацию семян некоторых видов флоры Курильских островов // Раст. ресурсы. 2000. Т. 36, вып. 4. С. 40-47.
6. Воронкова Н.М., Бурковская Е.В., Безделева Т. А., Бурундукова О.Л. Морфологические и биологические особенности растений в связи с адаптацией к условиям морских побережий // Экология. 2008. № 1. С. 3-9.
7. Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян. Л.: Наука, 1985. 348 с.
8. Пробатова Н.С., Селедец В.П., Соколовская А.П. Галофильные растения морских побережий советского Дальнего Востока: числа хромосом и экология // Комаровские чтения. 1984. Вып. 31. С. 89-116.
9. Тихонова В.Л. Долговременное хранение семян // Физиология растений. 1999. Т. 46, № 3. С. 467-476.
10. Чубарь Е.А. Биоморфологическая и эколого-ценотическая характеристика редких видов растений Дальневосточного морского заповедника: автореф. ... канд. биол. наук / Биолого-почвенный институт ДВО РАН. Владивосток, 1998. 22 с.
11. Шляхов С.А., Костенков Н.М. Почвы Тихоокеанского побережья России, их классификация, оценка и использование. Владивосток: Дальнаука, 2000. 183 с.
12. Beaton L.L., Dudley S.A. The impact of solute leaching on the salt tolerance during germination of the common roadside plant Dipsacus fullonum subsp. sylvestris (Dipsaceae) // Int. J. Plant Sci. 2007. Vol. 168, N 3. P. 317-324.
13. Engelmann F. Plant cryopreservation: progress and prospects // In Vitro Cell. Dev. Pl. 2004. Vol. 40, N 5. P. 427-433.
14. Espinar J.L., Garsia L.V., Clemente L. Seed storage conditions change the germination pattern of clonal growth plants in Mediterranean salt marshes // Amer. J. Bot. 2005. N 7. P. 1094-1101.
15. Gul B., Ansari R., Flowers T., Khan M.A. Germination strategy of halophyte seeds under salinity // Environ. Exp. Bot. 2013. Vol. 92. P. 4-18.
16. Ishikawa S.-I., Kachi N. Differential salt tolerance of two Artemisia species growing in contrasting coastal habitats // Ecol. Res. 2000. Vol. 15. P. 241-247.
17. Janousek C.N., Folger C.L. Inter-specific variation in salinity effect on germination in Pacific Northwest tidal wetland plants // Aquat. Bot. 2013. Vol. 111. P. 104-111.
18. Khan M.A., Gul B., Weber D.J. Seed germination in the Great Basin halophyte Salsola iberica // Can. J. Bot. 2002. Vol. 80, N 6. P. 650-655.
19. Ma H., Lu B., Li X., Liang Zh. Germination response to differing salinity levels for 18 grass species from the saline-alkaline grasslands of the Songnen, China // Pakistan J. Bot. 2014. Vol. 46, N 4. P. 1047-1152.
20. Ungar I.A. Halophyte seed germination // Bot. Rev. 1978. Vol. 44, N 2. P. 233-264.
21. Zhang H., Zhang G., Lu X., Zhou D., Han X. Salt tolerance during seed germination and early seedling stages of 12 halophytes // Plant Soil. 2015. Vol. 388. P. 229-241.
