Морфо-анатомические и экологические особенности ribes americanum mill. при интродукции на юге среднерусской возвышенности

На правах рукописи

Резанова Татьяна Алексеевна

МОРФО-АНАТОМИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ RIBES AMERICANUM MILL. ПРИ ИНТРОДУКЦИИ

НА ЮГЕ СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

03.02.01 – ботаника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Саратов – 2010

Диссертационная работа выполнена в Государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования

«Белгородский государственный университет»

на кафедре биоценологии и экологической генетики

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Сорокопудов Владимир Николаевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Степанов Сергей Александрович

доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Маланкина Елена Львовна

Ведущая организация: Уральский государственный

лесотехнический университет

Защита диссертации состоится « 28 » мая 2010 года, в 12-00 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.243.13 при государственном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского» по адресу: 410012, ул. Астраханская, 83; Е-mail: [email protected]

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского».

Автореферат разослан 23 апреля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета С.А. Невский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В Центрально-Черноземной зоне R. americanum Mill. интродуцент (Лукин, 2005). Она зимостойка, неприхотлива к почвам, отличается поздним цветением, позволяющим ей не попадать под ранневесенние заморозки, устойчива к болезням и вредителям, хорошо переносит обрезку, легко размножается отпрысками, отводками, одревесневшими и зелеными черенками (Мелехина, 1974, Санкин, 1984). В ягодах обнаруживается высокое содержание аскорбиновой кислоты и антоцианов. Поздние сроки созревания ягод позволяют разнообразить и продлить потребление высоковитаминной продукции населением. Смородина американская может использоваться в селекции для выведения новых сортов смородин с поздним сроком созревания ягод (Ягудина, 1976; Семенченко, 1979). Изучение особенностей адаптации R. americanum к абиотическим факторам в местных условиях представляет теоретический и практический интерес (Сорокопудов, Мелькумова, 2003).

Цель исследования. Выявление морфо-анатомических и экологических особенностей Ribes americanum Mill. при интродукции на юге Среднерусской возвышенности.

Задачи:

1. Провести комплексное морфо-анатомическое исследование листа R. americanum Mill.;
2. Изучить засухоустойчивость и жаростойкость смородины американской в условиях Белгородской области;
3. Определить ритмы сезонного развития смородины американской в условиях Белгородской области;
4. Изучить особенности биологии цветения и плодоношения смородины американской в условиях Белгородской области;
5. Оценить адаптационный потенциал R. americanum Mill. в условиях Белгородской области.

Научная новизна. Впервые дана полная количественная оценка формы листовых пластинок у смородины американской, ее гибридов и тетраплоида в динамике, при различной освещенности с учетом морфологического адреса, что характеризует фрактальную размерность листа. Обнаружены высокозначимые корреляции между суммой ширины и длины листа и их площадью. Эти зависимости позволяют вычислить площадь листовой пластинки в полевых условиях. Впервые в условиях юга Среднерусской возвышенности изучены анатомические особенности листа, засухоустойчивость и жаростойкость в зависимости от феноритмики, биологические особенности цветения и плодоношения. Описаны трихомы листа R. americanum, изучено значение трихом и пельтатных железок в преодолении засухи и перегрева, выведены формулы для оценки функциональной активности пельтатных железок. Модифицирована методика приготовления препарата эпидермиса.

Практическая значимость работы. Проведен комплексный анализ анатомических параметров листа, формирующегося в условиях засухи и высоких температур. Модифицированы методы приготовления препаратов эпидермиса, оценки секреторной активности пельтатных железок на единицу поверхности листа. Оценен адаптационный потенциал R. americanum в условиях юга Среднерусской возвышенности. Выявлены особенности влияния погодных условий на формирование урожая.

Апробация работы. Материалы диссертационного исследования доложены на: II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы ботаники и методики преподавания биологии» 24-26 сентября 2007г. (Белгород: БелГУ); IV Международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» (Владикавказ, 2008); Межрегиональной научно-практической конференции «Современные проблемы и перспективы отечественного садоводства» (Мичуринск: МГПИ, 2008 г.); Международной науч.-практ. конф. «Биологически активные соединения природного происхождения: фитотерапия, фармацевтический маркетинг, фармацевтическая технология, ботаника» (Белгород: БелГУ 2008 г).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, из них 2 работы в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ.

Декларация личного участия автора. Автор лично осуществил сбор объектов, провел полевые и лабораторные эксперименты, морфометрические, анатомические, спектрофотометрические исследования. Обработка полученных данных, их интерпретация, оформление проведена автором самостоятельно. В совместных публикациях вклад автора составил 30-80%. Исследование поддержано грантом «Скрининг видового разнообразия растений семейства Grossulariaceae Mill. Ботанического сада Белгородского государственного университета как методологическая основа создания адаптированного сортимента для условий Среднерусской возвышенности», 2009 – 2010 гг. Регистрационный номер: 2.2.3.1/349.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 192 страницах, включает 80 рисунок и 20 таблиц. Список литературы содержит 233 наименований, из которых 28 – на иностранных языках.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Выявлены биологические особенности цветения и плодоношения, лимитирующие выращивание R. аmericanum в условиях юга Среднерусской возвышенности;
2. Выявленные морфологические особенности трихом R. аmericanum дополняют существующую классификацию структурных образований эпидермиса рода Ribes L.;
3. Выявлены особенности функционирования трихом листа R. аmericanum в преодолении обезвоживания и перегрева тканей листа;
4. Сезонная динамика анатомических и физиологических параметров листа позволяет определить адаптационный потенциал R. аmericanum в условиях юга Среднерусской возвышенности.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования, его научная новизна, практическая значимость; сформулированы основная цель, задачи и пути их реализации, сведения об апробации работы и основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ИНТРОДУКЦИЯ

RIBES AMERICANUM MILL. (обзор литературы)

Приводится ботаническая характеристика R. americanum, материалы о засухоустойчивости и жаростойкости, анализ результатов интродукции R. americanum в странах СНГ. Даны сведения о гибридах и плоидах, ревертантной форме смородины американской.

Глава 2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Экспериментальные исследования проводились в Белгородском государственном университете в период 2004-2009 гг. Полевые и вегетационные опыты проводили на базе Ботанического сада БелГУ, изучение морфологии пыльцы, поверхности эпидермиса листа проводилось в центре коллективного пользования научным оборудованием БелГУ.

Объекты исследования: смородина американская, ее гибриды и гибриды сорта Плутон от свободного опыления 2002 года посадки, а также тетраплоид смородины американской, произрастающие в ботаническом саду по схеме 3 х 1 м. Контроль – Ribes nigrum ssp. sibiriсum.

Морфологические измерения проводились по «Методике изучения возрастных изменений у растений по морфологическим признакам» (Бельская,1949). Анализ линейных параметров листа, определение некоторых биометрических показателей осуществлялось посредством «Математических методов определения некоторых биометрических показателей у растений» (Морковская, 1988); «Способ количественной оценки формы листа как уникального сортового признака и его вариабельности у растений земляники» (Аникьев,2008).

Для морфо-анатомических исследований, изучения засухоустойчивости и жаростойкости отбирались листья с годичных приростов (4-й от основания прироста) с учетом их морфологического адреса, освещенности. Консервация листьев проводилась общепринятым способом в смеси: спирт, вода, глицерин (1:1:1). Приготовление препаратов эпидермиса происходило по модифицированной методике (Муравьева, 2007).

Анатомические исследования проводили по плану описания строения листа (Васильев, 1988). Микроскопическое изучение листовой пластинки осуществляли с помощью светового микроскопа Биолам Ломо Д11У11, Микромед-5, бинокуляра МБС 10; морфометрические измерения проводились с помощью микрометра винтового МОВ-1-16. Морфологическое описание пыльцевых зерен, эпидермиса листа проводили при помощи СМ «Биолам С 13» и РЭМ Quanta 200 3D. Дополнительно определялась степень открытости устьиц (СОУ) (Кузнецов, 2006), рассчитывался объем клеток палисадного мезофилла (Горышина, 1989).

Функциональная активность пельтатных железок определялась по ее площади и площади субкутикулярной полости. Для определения интенсивности синтеза эфирных масел определялась концентрация пельтатных железок на единицу абаксиальной и адаксиальной поверхности листа.

Комплексная оценка засухоустойчивости осуществлялась согласно методике Никитского ботанического сада (Кормилицын, Голубева, 1970). Экспресс-метод оценки жаро- и засухоустойчивости растений проводили прибором «Тургоромер-1». Определялась оводненность листа, водный дефицит, соотношение легкоизвлекаемой и трудноизвлекаемой воды (Кушниренко, 1986).

В работе использовались общепринятые методики: Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур (1995); Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур (1999). Для исследований выбраны критические периоды в фазы вегетации: цветение, формирование плодов, полная спелость.

Содержание сахаров и сухих растворимых веществ определяли с помощью рефрактометра ИРФ-454Б2М. Содержание антоцианов определялось спектрофотометрически, определение аскорбиновой кислоты проводилось фотокалориметрически (Франчук, 1972).

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом дисперсионного анализа Б.А. Доспехова (1985) и Г.Н. Зайцева (1991) с использованием программного обеспечения EXCEL (Microsoft Office 2003).

Глава 3. МОРФО-АНАТОМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ RIBES AMERICANUM MILL. ПРИ ИНТРОДУКЦИИ В БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Морфологические особенности листа R. americanum. Типичными для R. americanum и ее тетраплоида являются листья с сердцевидным и глубокосердцевидным основанием. Выемчатость основания R. americanum достоверно больше, чем у R. nigrum. Гибриды по этому показателю занимают промежуточное положение. Смородина американская имеет листья более вытянутой формы, чем у смородины черной, гибриды по данному признаку занимают промежуточное положение. R. americanum, ее тераплоид и гибриды на протяжении всего периода вегетации имеют тенденцию к достоверно большей степени расчлененности листовой пластинки, чем у R. nigrum. Лист гибридов имеет более высокую степень развитости транспортной сети, чем у R. americanum. Длина черешка наиболее чувствительна к освещенности среди морфометрических показателей листа. Тетраплоид отличается от R. americanum и ее гибридов более интенсивным нарастанием длины черешка к концу вегетации, большей ассиметричностью листовой пластинки.

Обнаружены высокозначимые корреляции между выборками морфологических показателей листьев «длина+ширина» и площадью листовой пластинки для R. americanum, тетраплоида, гибридов сорта Плутон, найдены аналитические зависимости между ними, позволяющие оценить форму, площадь листа, плотность сети жилкования (табл. 1).

Таблица 1

Зависимость площади листовой пластинки от ее длины и ширины

Показатели		Коэффициент корреляции (r)	Функциональная зависимость
R. americanum		0,931	У=2,507х0,467
Тетраплоид R. americanum		0,901	У=2,138х0,514
Гибриды	Сорта Плутон	0,962	у=2,233х0,523
	Семья 2	0,174
	Семья 3	0,268
	Семья 4	0,456
	Семья 5	0,133
R. n. ssp. sibiricum		0,919	У=2,3800х0,491

Характеристика мезофилла. Мезофилл листа умеренной слойности, число слоев – 5-7, что характерно, согласно плану описания строения листа (Васильев, 1988), для мезофитов. Число слоев столбчатого мезофилла – 1 - 2.

У смородины американской к концу вегетации происходит равномерное уменьшение толщины столбчатого мезофилла и увеличение губчатого (рис.1,2). Для большинства гибридов толщина столбчатого и губчатого мезофилла снижается одновременно.

Рис. 1. Толщина столбчатого мезофилла R. americanum, мкм

Толщина губчатого мезофилла в большей степени зависит от оводненности листа, особенно во время цветения (r= 0,439) и формирования плодов (r = 0,422).

Рис. 2. Толщина губчатого мезофилла R. americanum, мкм

Уменьшение толщины столбчатого мезофилла у смородины американской происходит за счет уменьшения его слоев (увеличения слоёв губчатого мезофилла). Объем клеток столбчатого мезофилла растет к фазе формирования плодов (рис. 3). Подобная картина наблюдается у тетраплоида и у некоторых гибридов. У большинства гибридов уменьшение толщины столбчатого мезофилла связано с уменьшением объема его клеток начиная с фазы цветения, что возможно является стресс-реакцией.

Рис. 3. Объем клеток столбчатого мезофилла R. americanum, мкм3

Тетраплоид имеет более крупные клетки столбчатого мезофилла на протяжении всего периода вегетации.

Эпидермис листовой пластинки R. americanum. Число основных клеток адаксиальной эпидермиса на 1 мм2 его площади на протяжении всего периода исследования находится в пределах от 400 до 900. Число основных клеток абаксиального эпидермиса – 600 до 1350 шт/мм2. Эти данные характеризуют эпидермис как крупноклеточный, что свойственно мезофитам.

Площадь основных клеток абаксиального и адаксиального эпидермиса смородины американской незначительно уменьшается к фазе полной спелости, у тетраплоида площадь клеток увеличивается к периоду формирования плодов (что связано с интенсивным растяжением клеток за счет увеличения объема клеток столбчатого мезофилла) и несколько снижается к фазе полной спелости. Уменьшение размера клеток коррелирует со снижением оводненности листовой пластинки (r=0,580) в результате ее старения.

У большинства гибридов уменьшение размеров основных клеток наблюдается уже в период формирования плодов, что совпадает с уменьшением объема клеток столбчатого мезофилла.

Устьичный аппарат эпидермиса листовой пластинки. У R. americanum площадь устьиц к концу вегетации незначительно нарастает. Площадь замыкающих клеток фактически не изменяется, а площадь устьичной щели растет, что отражает их высокую пропускную способность. Величина площади устьичной щели коррелирует с величиной водного дефицита (r=-0,402).

Для большинства гибридов площадь устьиц равномерно снижается к концу вегетации. Это происходит за счет уменьшения площади замыкающих клеток и площади устьичной щели, что совпадает с увеличением водного дефицита.

Тетраплоид отличается от R. americanum и ее гибридов высокими темпами нарастания площади устьиц за счет увеличения площади замыкающих клеток (рис. 4) и устьичной щели (рис. 5). Гибриды имеют наименьшую степень открытости устьиц (СОУ) по сравнению с R. аmericanum.

Рис. 4. Площадь замыкающих клеток устьиц абаксиального эпидермиса

R. americanum, мкм2

Рис. 5. Площадь устьичной щели абаксиального эпидермиса R. americanum, мкм2

Устьичный индекс у большинства гибридов, в отличие от R. аmericanum, имеет тенденцию к увеличению к концу вегетации и находится в пределах от 0,288 до 0,550 в долях, что характеризуется по стандартным обозначениям как очень большой.

Классификация трихом R. americanum. Морфологическое описание трихом R. аmericanum позволило дополнить уже имеющиеся представления о трихомах рода Ribes L. (рис. 6). Учитывались признаки зрелых, полностью сформированных структур.

Для типа простые (одноклеточные) неветвистые волоски были описаны 3 подтипа (рис. 4), для типа сложные однорядные неветвистые волоски также 3 подтипа. В группе железистых волосков описаны ранее не встречающиеся в литературе волоски с двумя железистыми головками.

нежелезистые	простые (одноклеточные) неветвистые волоски
		конические прямые волоски 600	конические короткие волоски, слегка оттянутые к верхушке 1300	конические короткие волоски серповидно изогнутые 500
	сложные однорядные неветвистые волоски
		объемные волоски 800	узкие лентовидные волоски 800	широкие лентовидные волоски 800
железистые	головчатые неветвитые волоски
		волоски с одной головкой 2000	волоски с двумя головкой 2000	Пельтатные железки 600

Рис. 6. Морфологическое разнообразие трихом у R. аmericanum

ОК – основная клетка эпидермиса; Т – трихома; ОТ – одноклеточная трихома; ЛТ – лентовидная трихома; ЖГ – железистая головка трихомы; ПЖ – пельтатная железка; У – устьице; Ж – жилка

Пельтатные железки имеют цвет от зелено-желтого (смородина сибирская) до темно – красного цвета (рис. 6). Молодые железки в начале вегетации могут быть без субкутикулярной полости, старые – имеют полости от светло-коричневого до черного цвета, во время полной спелости наблюдаются высохшие железки, железки с поврежденной кутикулой.

У R. аmericanum рисунок воскового налета на поверхности железки более однородный, а у R. nigrum он имеет овальные вкрапления (рис. 7), что возможно является систематическим признаком.

R. americanum( 4000)	R. n.v. sibiricum (4000)

Рис. 7. Поверхность пельтатных железок

Распределение простых неветвистых трихом. На адаксиальном эпидермисе листа R. americanum находятся простые неветвистые волоски, у гибридов и тетраплоида они единичны (рис. 8). Волоски обращены в акропетальном направлении. Наибольшая концентрация трихом у основания и по краю листа, где они располагаются плотно в ряд.

На абаксиальном эпидермисе листа R. аmericanum находится большая часть кроющих трихом. В основном, это сложные однорядные неветвистые волоски, располагающиеся не только на жилках, но и вне их (рис. 8), у гибридов и тетраплоида трихомы только на жилках.

Наибольшая концентрация трихом на нижнем и верхнем эпидермисе наблюдается в период формирования плодов. К фазе полной спелости происходит уменьшение концентрации волосков, что связано с их отмиранием.

Адаксиальный эпидермис
Абаксиальный эпидермис
R. americanum	F1 R. americanum	R. nigrum

Рис. 8. Вид адаксиальный и абаксиальный сторон листа (4)

Функциональная активность пельтатных железок. На адаксиальной поверхности листа у R. americanum концентрация железок наибольшая в фазу цветения. Концентрация железок на единицу абаксиальной поверхности листа увеличивается к периоду формирования плодов, а после уменьшается из-за высыхания и отрывания железок. Тетраплоид имеет достоверно меньшую концентрацию пельтатных железок на адаксиальном эпидермисе, а на абаксиальном эпидермисе достоверно большую, по сравнению с R. americanum на протяжении всего периода вегетации.

Секреция эфирных масел может проходить двумя путями: при образовании одной крупной капли и при образовании нескольких мелких капель (рис. 9). После они выходят за пределы субкутикулярной полости, впоследствии капля разрывает кутикулу и выливается наружу.

Образование капли секрета в субкутикулярной полости	Выход капли из субкутикулярной полости	Выход капли из железки
Образование нескольких капель секрета в субкутикулярной полости	Выход капель из субкутикулярной полости	Выход капель из железки

Рис. 9. Секреторная активность пельтатной железки абаксальной поверхности листа смородины американской, 800

Ж – пельтатная железка; СкП – субкутикулярная полость;

ЭМ – капля эфирное масло

Площадь пельтатных железок и их субкутикулярных полостей для R. americanum и ее тетраплоида нарастает к фазе полной спелости, что характеризует их высокую синтетическую активность. Для большинства гибридов площадь железок уменьшается к фазе полной спелости, а площадь их субкутикулярных полостей уменьшается уже в период формирования плодов, что свидетельствует об уменьшении синтеза секрета во время наиболее неблагоприятных метеорологических условий (ГТК=1,45).

Во время цветения площадь железок большинства гибридов достоверно меньше, а площадь субкутикулярных полостей больше, чем у смородины американской. Это связано с высокой интенсивностью испарения с поверхности кутикулы и увеличением интенсивности синтеза секрета пельтатных железок.

Для оценки интенсивности синтеза эфирных масел на единицу абаксиальной поверхности листа находился коэффициент, позволяющий учитывать концентрацию пельтатных железок, площадь субкутикулярной полости (рис.10).

Рис. 10. Функциональная активность железок на единицу абаксиальной поверхности листа, мкм3/мм103

Для большинства гибридов интенсивность синтеза эфирных масел во время вегетации существенно не меняется. Для R. americanum, представителей гибридов 2-й семьи и тетраплоида интенсивность синтеза увеличивается к концу вегетации. Тетраплоид во время формирования плодов и полной спелости существенно отличается повышенной интенсивностью синтеза эфирных масел. Функциональная активность пельтатных железок листа R. nigrum наименьшая.

Глава 4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ RIBES AMERICANUM MILL. ПРИ ИНТРОДУКЦИИ В БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Засухоустойчивость R. americanum. Водный дефицит листьев в 2008 году не превышал 10 %, в неблагоприятный 2009 год – 32,50 % (средняя и высокая засухоустойчивость). Наиболее неблагоприятный период – формирование плодов.

С увеличением засухи в 2009 году у R. americanum, ее гибридов и тетраплоида увеличивалась оводненность листьев. Самое значительное увеличение оводненности листьев отмечается у R. americanum.

С увеличением засухи изменяется соотношение легкоизвлекаемой и трудноизвлекаемой воды. Смородина американская имеет достоверно большую долю трудноизвлекаемой воды (что свидетельствует о высоком содержании осмотически активных веществ), чем у R. nigrum, гибриды занимают промежуточное положение. Эти различия проявляются в большей степени и в 2009 году.

Тетраплоид по показателям – водный дефицит, соотношение легкоизвлекающей и трудноизвлекаемой воды близок к R. americanum.

Листья R. americanum после шестичасового увядания имеют достоверно меньшую степень мацерации листовой пластинки, чем у R. nigrum (2008, 2009 гг.), гибриды занимают промежуточное положение, тетраплоид имеет тенденцию к увеличению степени повреждения.

Среди всех типов трихом наибольшую защитную роль от обезвоживания листьев у R. americanum играют пельтатные железки адаксиальной (r=-0,467) и абаксиальной поверхности листа (r=-0,585) и черешка (r=-0,563). Трихомы при температуре 23-25С увеличивают испаряющую поверхность, предотвращают перегрев тканей листа (r=-0,563). У гибридов подобные зависимости слабые.

Таким образом, R. americanum адаптируется лучше, чем R. nigrum к засухе. Гибриды занимают промежуточное положение. Во время засухи, R. americanum теряет большое количество воды при транспирации, и быстро восстанавливает тургор.

Жаростойкость R. americanum. Листья R. americanum переносят 55°С (повреждается до 80 процентов листовой пластинки), гибнут при 60°С. Большинство исследуемых образцов, по данным показателям, можно отнести к группе со средней степенью жаростойкости.

При воздействии температур в диапазоне от 45 до 60°С R. americanum имеет коэффициент стабильности достоверно выше, чем у R. nigrum. Степень мацерации листовой пластинки достоверно ниже.

При воздействии высокой температуры наблюдаются два типа повреждения: запал и захват. Запал отмечен при действии разных температур, захват был отмечен почти у всех листовых проб при 60°С.

Некоторые гибриды при 40°С имеют коэффициент стабильности выше, чем у R. americanum. С увеличением температуры коэффициент стабильности признака Т2/Т1 гибридов снижается по сравнению с R. americanum.

Тетраплоид, хотя и имеет высокий коэффициент стабильности при 40°С, однако при 55-60°С степень повреждения листовой пластинки достоверно выше, чем у R. americanum.

При микроскопическом исследовании были выделены три физиологических состояния пельтатных железок: наполненная железка, высохшая (пустая) железка и шаровидная железка белого цвета (рис. 11).

наполненные железки (4)	высохшие железки (4)	белые железки (4)

Рис. 11. Морфология пельтатных железок при различных физиологических состояниях

Чем больше наполненных железок, тем больше коэффициент стабильности (r=0,45 – адаксиальный; 0,35 – абаксиальный эпидермис) и меньше процент повреждения (r= -0,45 – адаксиальный; r= -0,6 – абаксиальный эпидермис). Появление железок белого цвета связано с ожогами листа. Чем больше процент повреждения, тем их больше (r= – 0,45).

С увеличением температуры цвет железок претерпевает градацию от желтого к рыжему, коричневому, темно-коричневому и до белого, что, видимо, связано с изменением химической структуры секрета. Цвет железок адаксиальной поверхности листа изменяется более радикально, чем на абаксиальной, что связано с меньшей защищенностью адаксиального эпидермиса. При 60°С содержимое железок может выливаться, создавая защитную пленку, предотвращающую ткани листа от ожогов (рис. 12 А). Под пленкой они сохраняют зеленый цвет.

А	Б

Рис. 12. Защитные механизмы от перегрева пельтатных железок (7)

(А – защитная пленка на поверхности листа;

Б – мацерация тканей листа при удалении железки)

При воздействии 40-50°С на лист трихомы выполняют защитную роль. Чем больше их концентрация, тем меньше процент повреждения (r=-0,50) и больше коэффициент стабильности признака Т2/Т1 (r=0,45).

Наиболее подвержены иссушению пельтатные железки адаксиальной поверхности листа. При высоких температурах фактически все они иссушаются. До 45% железок абаксиальной поверхности при 60°С остаются наполненными. Железки листа R. americanum (гибридов и тетраплоида) при всех температурных режимах остаются более устойчивыми к иссушению, чем у смородины черной.

При высоких температурах у R. nigrum в большей степени образуются железки белого цвета. Трихомы соседствуют с пельтатными железками и выполняют защитную роль. При 40-50°С наблюдается прямая корреляция доли наполненных железок (r=0,60) и обратная высохших (r=-0,57) от концентрации трихом на абаксиальной поверхности листа.

У смородины американской коэффициент стабильности признака весь период вегетации при воздействии 45°С достоверно выше, чем у R. nigrum (2008-2009). В засушливый 2009 год различия более сильные. Тетраплоид имеет тенденцию к снижению коэффициента стабильности по сравнению с R. americanum.

Смородина американская при воздействии 45°С достоверно более устойчивая к повреждению во все периоды вегетации, по сравнению со смородиной черной. Гибриды в период вегетации имеют тенденцию к увеличению степени поврежденности листовой пластинки, особенно в июле и сентябре.

Глава 5. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ RIBES AMERICANUM MILL. ПРИ ИНТРОДУКЦИИ В УСЛОВИЯХ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Фенологические особенности R. americanum при интродукции (2004-2009) В годы исследований вегетация начиналась в III декаде марта – I декаде апреля (табл. 1). Для наступления вегетации в годы исследования потребовалась сумма положительных температур 13,1 оС (2006) -101,0 оС (2004). Сроки начала вегетации R. americanum относят к ранним, но цветет она позже других видов (в первой – второй декадах мая), через 29-44 дня от начала вегетации. Самое раннее начало цветения наблюдалось в 2008 году – 20 апреля, при накоплении суммы положительных температур 366,0С. Продолжительность цветения в зависимости от года колебалась от 5 до 18 дней. Она зависит от суммы положительных температур (r=0,87) и в средней степени от суммы осадков (r=0,58).

Таблица 2

Фенология смородины американской

Год	фенофазы
	набухание почек		распус-кание почек	бутонизация		цветение		полная спелость		покрас-нение листьев	листопад		t>0С
	начало	t>0С		начало	t>0С		t>0С		t>0С			t>0С
2004	31.03	101,0	4.04-10.04	23.04-12.05	257,5	12.05-21.5	363,4	27.07- 7.08	1594,7	10.09	3.10-15.11	2800,8	3093,0
2005	04.04	25,2	7.04-11.04	23.04- 3.05	218,1	03.05-14.05	326,8	13.07-28.07	1553,6	30.08	05.10-28.10	3040,5	3296,8
2006	1.04	13,1	4.04- 7.04	25.04-14.05	200,5	14.05-19.05	424,4	20.07- 2.08	1636,0	26.08	4.10- 1.11	2918,4	3134,0
2007	26.03	96,4	30.03-4.04	20.04- 9.05	276,0	9.05-21.05	452,1	3.08-15.08	2064,5	25.08	11.09-15.11	2844,4	3239,5
2008	13.03	65,6	18.03-21.03	7.04- 20.04	200,8	20.04- 4.05	366,0	20.07-30.07	1701,0	30.08	15.09-17.11	2892,0	3386,8
2009	28.03	31,0	30.3-3.04	25.04- 7.05	222,0	7.05- 25.05	376,3	4.08-15.08	2052,8	5.09	15.09-26.11	2786,0	3460,3
ср. по годам		60,3± 17,9			230,6± 15,4		386,5± 22,65		1710,0± 91,9			2899,2± 40,7	3230,0± 53,44

Созревание происходило в III декаде июля – I декаде августа, через 67-89 дней от начала цветения, продолжалось от 10-ти до 15-ти дней. Определяющим фактором для продолжительности фазы полной спелости – сумма осадков (r=0,76). Для начала созревания потребовалось накопление положительных температур от 1553,6оС (2004) до 2064,5оС (2007).

Покраснение листьев наблюдалось в III декаде августа – I декаде сентября. Начало листопада отмечено в I - II декадах октября.

Продолжительность вегетационного периода R. americanum колебалась от 207 до 249 дней. С увеличением возраста кустов R. americanum наблюдалась тенденция к увеличению вегетационного периода, продолжительности фазы цветения, периода от цветения до созревания плодов, а продолжительность фазы созревания уменьшалась.

Сумма положительных температур в вегетационный период была максимальная в 2009 году (3460,3С) при минимальной сумме осадков (248,5 мм). Минимальная сумма осадков наблюдалась в 2004 году (3093,0С), при максимально сумме осадков (506,65 мм). Анализ показателей гидротермического коэффициента в разные годы свидетельствует о засушливых условиях произрастания R. americanum. Наиболее засушливые условия в 2006 и 2009 годах, а наименее – в 2004 году.

Фенология R. americanum, F1 R. americanum и тетраплоида достоверно не отличается.

Биологические особенности цветения R. americanum. Для начала фазы цветения необходима сумма температур от 341,0°С до 548,73°С. Время женской и мужской фаз цветения отличается, рыльце способно воспринимать пыльцу уже в бутоне, пыльник растрескивается во время распускания цветка. Длина кисти достигает 5см, в кисти закладывается до 13 цветков. Высота цветка в среднем 11,64 мм.

Функциональное значение имеет соотношение длины пестика и тычинок. На уровне 4-го цветка это соотношение резко снижается и остается у цветков верхушки кисти на более низком уровне, чем у цветков у основания кисти.

Прирост кисти во все годы имеет два пика: первый пик совпадает с ростом оси кисти с бутонами, спад совпадает с окончанием роста черешка и расцветанием первого цветка в кисти, второй пик описывает рост верхушки кисти. Прирост кисти тетраплоида достоверно выше, чем у R. americanum на протяжении всего периода цветения.

Морфология пыльцы смородины американской. Пыльцевые зерна R. americanum (рис. 13) округлой или слегка вытянутой формы, с вогнутыми скульптированными зонами. Поверхность борозд гладкая, ширина борозд от 3,8 до 5,0 мкм. У R. americanum бороздовидных зон 5-6 округлой неправильной формы, гранулярной скульптуры. Поры по одной расположены в различных частях бороздовидной зоны, чаще в середине, гладкой скульптуры, выпуклые. Иногда встречаются беспоровые зоны. В одной бороздовидной зоне могут находиться две поры (рис. 13, Б).

Пыльца смородины американской достоверно крупнее, чем у смородины черной. В образцах гибридов пыльца была неоднородна по размерам (рис. 13, В). Обнаружены пыльцевые зерна идентичные по форме, но меньше в четыре раза, чем нормальные (17,221,95 мкм и меньше), их доля в среднем 52,63%. У тетраплоида пыльца также неоднородна, встречаются пыльцевые зерна более мелкие (около 15-20%), чем основные (рис. 13, Г). Морфологически нормальная пыльца гибридов отличается от R. americanum менее вогнутыми плоскостями бороздовидных зон, они достоверно меньшего диаметра. Толщиной борозд достоверно меньше, а диаметром пор больше (рис. 10, В). Морфологически нормальные пыльцевые зерна тетраплоидов имеют достоверно больший диаметр, большее число бороздовидных зон (до 10) и число пор.

А R. americanum, ( 6000)	Б R. americanum, ( 6000)	В F1 R. americanum, ( 3000)	Г тетраплоид R. americanum, ( 6000)

Рис. 13. Морфология пыльцевых зерен R. americanum

Б – борозда; БЗ – бороздовидная зона; П – пора

Смородина американская самобесплодна, опыляется насекомыми. Особенностью, лимитирующей урожай, является опадение плодов на разных стадиях развития, достигающее в некоторые годы 90%. Более устойчивые цветки к абортации находятся на 5-8 месте в кисти от ее основания (рис. 13).

Процесс завязывания имеет тенденцию снижения с увеличением возраста кустов. Абортация завязи, находящейся у основания кисти, связывается с недостатком влагообеспеченности в фазу бутонизации (во время формирования пыльцы) (r=0,963), а у верхушки кисти с короткой продолжительностью цветения.

Рис. 14. Вероятность сохранения завязи в кисти смородины американской

(2007-2009)

Продуктивность и ее слагаемые. Урожай с одного куста не превышал в среднем 50-100г. Число цветков в кисти достигает 13, гибриды имеют тенденцию к увеличению числа цветков в кисти. Число ягод в кисти остается 2-3 шт. Завязываемость ягод в кисти не превышает 31%. В 2007 и 2008 годы завязываемость ягод в кисти R. americanum была достоверно выше, чем у большинства гибридов. Максимальная масса ягоды у гибридов достигает 0,66 г, а у R. americanum – 0,53 г.

Семенная продуктивность. Во все годы изучения этого признака в ягодах R. americanum закладывается достоверно больше семян, чем у гибридов. У R. americanum доля щуплых семян не превышает 12%, для гибридов она достигает 59%. У всех образцов смородин в 2008 год достоверно меньше выполненных семян в ягодах, ниже потенциальная продуктивность, чем в другие годы исследования. 2008 год отличался наиболее неблагоприятными условиями влагообеспечения в период формирования плодов (ГТК=0,939). У R. americanum и ее гибридов доля щуплых семян увеличилась к 2009 году. Потенциальная семенная продуктивность R. americanum достоверно больше, чем у гибридов во все годы исследования, однако ее реализация для смородины американской не превышает 31%, а для гибридов – 28%.

Биохимическая характеристика ягод R. americanum Mill. Согласно проведённым исследованиям, содержание сахара в ягодах R. americanum находилось в пределах 9,90-11,35 %. Содержание сухих веществ высокое (от 22,39 до 26,39%). R. americanum можно назвать высоковитаминной, содержание витамина С достигало в отдельных случаях 90 мг%, также богата она и антоцианами, содержание достигало 7,96 мг%.

ВЫВОДЫ

1. По комплексу морфо-анатомических параметров листа смородина американская является мезофитом. Площадь устьичной щели для большинства гибридов снижается начиная с периода формирования плодов, в отличие от смородины американской и ее тетраплоида. У смородины американской к концу вегетации толщина губчатого мезофилла увеличивается, а столбчатого снижается. Для большинства гибридов, начиная с периода формирования плодов, толщина и столбчатого и губчатого мезофилла уменьшается. Объем клеток столбчатого мезофилла смородины американской и тетраплоида растет к фазе формирования плодов, у гибридов он снижается в этот период и до конца вегетации.
2. Листовая пластинка смородины американской более опушенная, чем у гибридов и тетраплоида. Пельтатные железки абаксиальной и адаксиальной поверхности листа предотвращают перегрев тканей листа. При различных температурных воздействиях железки морфологически различны. Для R. аmericanum при 23-25°С трихомы увеличивают испаряющую поверхность. При температурах 50-55°С уменьшают потерю воды.
3. При усилении засухи увеличивается оводненность листьев смородины американской, увеличивается доля легкоизвлекаемой воды и водный дефицит. Смородина американская быстро восстанавливает тургор, степень повреждения листовой пластинки не превышает 10%. По комплексу показателей засухоустойчивости и жаростойкости смородина американская более устойчива к перегреву и недостатку влаги, чем черная. Гибриды занимают промежуточное положение. Тетраплоид по показателям засухоустойчивости близок к R. аmericanum, однако при воздействии засухи достоверно выше процент повреждения. По показателям жаростойкости R. аmericanum имеет среднюю степень жаростойкости.
4. В условиях Белгородской области R. аmericanum проходит полный ритм сезонного развития, имеет ранние сроки начала вегетации, но позднее цветение и плодоношение.
5. Потенциальная продуктивность R. аmericanum высока, но завязываемость ягод не более 31%. Гибриды, по сравнению с R. аmericanum, имеют тенденцию к уменьшению потенциальной продуктивности и завязываемости ягод в кисти. Более устойчивые цветки к абортации находятся на 5-8 месте в кисти от ее основания. Опадение завязи у основания кисти связано с недостатком влагообеспечения в фазу бутонизации. Выявлена полиморфность пыльцевых зерен у R. аmericanum, гибридов и тетраплоида.
6. В условиях Белгородской области смородина американская по комплексу морфо-анатомических и физиологических параметров имеет более высокий адаптационный потенциал, чем смородина черная, гибриды занимают промежуточное положение. Наиболее неблагоприятный фактор, лимитирующий урожай смородины американской и ее гибридов, – недостаток влагообеспечения в фазу бутонизации.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

* – публикации в печатных изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ

1. Резанова, Т.А. Биология цветения Ribеs americanum Mill. / Т.А. Резанова, В.Н. Сорокопудов //Актуальные проблемы ботаники и методики преподавания биологии. Материалы II Международной научно-практической конференции. 24-26 сентября 2007г. – Белгород: ИПЦ «Политера». – с. 247-249.
2. Резанова, Т.А. Изучение смородины американской в условиях Центрального Черноземья. / Т.А. Резанова //Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки. / Материалы IV Международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. – Владиковказ, Изд. «Городской госагроуниверситет», 2008. – с. 130-134.
3. Резанова, Т.А. Смородина американская в условиях Центрального Черноземья / Т.А. Резанова, В.Н. Сорокопудов // Современные проблемы и перспективы отечественного садоводства. Материалы межрегиональной научно-практической конференции посвященной 90-летию со дня рождения профессора Е.С. Черненко / Под общей редакцией В.Н. Яценко – Мичуринск: МГПИ, 2008 г., с38-41.
4. Бурменко, Ю.В. Онтогенетические особенности преювенильной фазы некоторых видов рода Ribes L. / Ю.В. Бурменко, В.Н. Сорокопудов, Т.А. Резанова, Н.Г. Пацукова // «Биологически активные соединения природного происхождения: фитотерапия, фармацевтический маркетинг, фармацевтическая технология, ботаника» Материалы международной науч.-практ. конф.,– Белгород.: БелГУ, 2008. С.133-135.
5. Резанова, Т.А. Некоторые особенности анатомо-морфологического строения Ribеs americanum Mill. / Т.А. Резанова, В.Н. Сорокопудов // «Биологически активные соединения природного происхождения: фитотерапия, фармацевтический маркетинг, фармацевтическая технология, ботаника» Материалы международной науч.-практ. конф.,– Белгород.: БелГУ 2008. С.133-135.
6. Бурменко, Ю.В. Особенности плодоношения Ribes aureum Pusch. / Ю.В. Бурменко, В.Н. Сорокопудов, Т.А. Резанова // Матер. Всерос. Науч. конф. «Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале XXI века», Ч. 6: Экологическая физиология и биохимия растений. Интродукция растений. Петразаводск, 22-27 сентября 2008 г. Петрозаводск: КРНЦ РАН - 2008. – С. 192-194.
7. Районированный сортимент (каталог) / Сорокопудов В.Н., Языкова В.В., Маслова Н.Н. и др. Белгород: БелГУ, 2008, 36 с.
8. * Бурменко, Ю.В. Дополнение к морфологии пыльцы сем. Grossulariaceae Dumort. / Ю.В.Бурменко, В.Н.Сорокопудов, Д.А.Колесников, П.Н.Маслова, Н.Г.Пацукова, Т.А.Резанова //Вестник КрасГАУ, 2009. Вып. №1. С. 25-31.
9. * Сорокопудов, В.Н. Эколого-биологические аспекты адаптации некоторых интроуцентов СЕМ. GROSSULARIACEAE DUMORT. в Белогорье / В.Н. Сорокопудов, Ю.В. Бурменко, Т.А. Резанова, Н.А. Мартынова, Л.А. Тохтарь, Н.Н. Маслова, Н.Г. Пацукова // Проблемы региональной экологии, 2009. Вып. № С. 111-117.