Адаптация сортового посадочного материала брусники обыкновенной к нестерильным условиям ex vitro для выращивания на нелесных землях

В последние десятилетия, в связи с повышенной антропогенной и техногенной нагрузкой, ухудшением экологической ситуации, происходит интенсивное снижение запасов естественных угодий хозяйственно ценных видов лесных ягодных растений, а некоторые виды исчезают. По этой причине, а также из-за очень низкой транспортной доступности лесов в таежной зоне и сокращения сельского населения как потенциальных заготовителей пищевого и лекарственного сырья актуальной остается проблема недоиспользования недревесной продукции лесов. Вместе с тем в результате промышленной деятельности и влияния природно-климатических факторов на сегодняшний день образовались большие неиспользуемые площади нарушенных нелесных земель, в том числе выработанных торфяных месторождений, гарей и вышедших из сельскохозяйственного оборота площадей. Таким образом возникает необходимость биологической рекультивации таких территорий с целью вовлечения их в использование, уменьшения пожарной опасности, решения проблем, связанных с эрозией почв, изменением гидрологического режима, а также для увеличения запасов ягодных ресурсов и биологического разнообразия [1–4].

Некоторые виды лесных ягодных растений семейства Брусничные (брусника, голубика, клюква и др.) пригодны для культивирования в климатических и лесорастительных условиях южно-таежного района и района хвойно-широколиственных лесов европейской части России. Многолетний мировой опыт плантационного выращивания лесных ягодных растений показал возможность вовлечения в оборот неиспользуемых земель, в частности выработанных торфяников, путем их рекультивации. При этом применение сортового посадочного материала, который по сравнению с естественными зарослями характеризуется большей урожайностью, крупноплодностью и устойчивостью к болезням, вредителям и низким температурам, способствует удовлетворению возрастающего спроса на ягодную продукцию на мировом рынке [3, 5–7].

Брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea L.) относится к наиболее распространенным в таежной зоне и востребованным на рынке лесным ягодным растениям, обладающим высокой лекарственной и пищевой ценностью. Способность брусники расти на бедных кислых почвах, где она характеризуется высокой урожайностью, определяет ее перспективность для выращивания на выработанных торфяниках верхового и переходного типов, однако плантационное выращивание данного вида в России и странах СНГ до сих пор не получило широкого распространения. Для успешного выращивания брусники в промышленных масштабах одним из основных условий является использование сортового посадочного материала с более высокой урожайностью и устойчивостью к внешним факторам окружающей среды [8–10].

Чтобы обеспечить производство большим количеством высококачественного сортового посадочного материала, необходимо разработать оптимальные экономически эффективные и экологически безопасные технологии выращивания. Традиционные методы вегетативного размножения лесных ягодных растений в неполной мере соответствуют этим требованиям. Для промышленного выращивания лесных ягодных растений целесообразно использовать метод микрокло-нального размножения, позволяющий в кратчайшие сроки получить необходимое количество оздоровленного однородного растительного материала вне зависимости от сезонности [11, 12]. Один из самых ответственных и сложных этапов микроклонального размножения – адаптация к нестерильным условиям ex vitro , ключевым моментом которого является обеспечение оптимальных условий для роста и развития растений путем регулирования химических и физических факторов, что достигается правильным выбором состава субстрата, типов и концентраций росторегулирующих веществ, освещения и т.д. [13, 14].

Цель исследований – изучить влияние состава субстрата с использованием минеральных компонентов и мульчирования на рост и развитие брусники обыкновенной, выращенной в условиях in vitro , при адаптации к нестерильным условиям ex vitro и при последующем выращивании в условиях нарушенных нелесных земель.

Объекты и методика исследований

Исследования по микроклональному размножению растений проводили в 2019–2021 гг. на базе Центрально-европейской лесной опытной станции ВНИИЛМ по общепринятым методикам [15]. Объектами исследования были растения брусники обыкновенной сортов Костромская розовая, Костромичка и Koralle.

Растения-регенеранты брусники культивировали на питательной среде AN (Андерсона) [16], разбавленной в 2 раза, в условиях световой комнаты при температуре 23…25 °C, влажности 75–80 % и фотопериоде 16 ч света и 8 ч темноты. На этапе «собственно микроразмножение» в качестве росторегулирующих веществ цитокининовой группы использовали 2-iP (2-изо-пенталаденин) в концентрациях 1,0–2,0 мг/л. На этапе укоренения микропобегов применяли ауксины ИМК (индолилмасляная кислота) и ИУК (индолилуксусная кислота) в концентрациях 1,0–2,0 мл/л. Повторность опыта – 10-кратная по 30 растений в каждой.

Полученные растения с хорошо развитой корневой системой доставали пинцетом из пробирки и для предотвращения развития патогенной микрофлоры промывали корни в 1 %-м растворе KMnO4. После этого укорененные растения адаптировали к нестерильным условиям. Приживаемость растений учитывали в зависимости от сроков посадки. В качестве субстрата для адаптации использовали торф верхового типа (pHKCl – 3,5–4,0), в том числе в смеси с песком (в соотношении 1:1), вермикулитом (в соотношении 1:4) и перлитом (в соотношении 1:4) (рис. 1).

В течение 10 сут ежедневно проводили опрыскивание растений водой (контрольный вариант) и растворами ростостимулирующих биопрепаратов – Циркона в концентрации 0,5 мл/л и HB-101 в концентрации 0,1 мл/л. Одновременно с этим заложили аналогичный опыт с вариантом мульчирования (слой мульчи – до 1 см) растений мхом Sphagnum L., обладающим антисептическими и гигроскопическими свойствами (рис. 2). По отношению количества выживших к количеству высаженных растений определяли их приживаемость, учитывали количество побегов и образовавшихся листьев. Повторность опыта – 3-кратная.

Статистическую обработку экспериментальных данных выполняли при помощи программы Microsoft Office Excel 2016. Достоверность результатов оценивали по общепринятой методике полевого опыта [17].

Рис. 1. Адаптируемые к нестерильным условиям ex vitro растения брусники обыкновенной на различных субстратах: а – торф верхового типа;

б – торф + песок (1:1); в – торф + перлит (1:4); г – торф + вермикулит (1:4)

Рис. 2. Адаптируемые ex vitro растения брусники обыкновенной на торфяном субстрате с мульчированием сфагнумом

Результаты и обсуждение

В результате проведенных исследований на этапе адаптации брусники обыкновенной ex vitro установлено, что пересадку растений в нестерильные условия целесообразно проводить в мае (табл. 1).

Через 10 сут после пересадки растений в емкости с субстратами (без мульчирования) и опрыскивания их различными ростостимулирующими препаратами установлено, что наиболее высокая приживаемость брусники наблюдается при использовании смеси торфа с перлитом (1:4) и торфа с вермикулитом (1:4) с обработкой препаратом HB-101 в концентрации 0,1 мл/л (98 и 91 % соответственно), а также торфа верхового типа во всех вариантах обработки (90–92 %) (табл. 2).

Максимальное количество побегов выявлено при использовании субстрата из верхового торфа (5,1–7,2 шт.), а наибольшее количество листьев – в вариантах смеси торфа с вермикулитом 1:4 (96,7–115,2 шт.). При этом самые высокие биометрические показатели на всех субстратах выявлены при использовании препарата HB-101 в концентрации 0,1 мл/л.

В опытах с мульчированием посадок мхом Sphagnum L. приживаемость растений брусники была несколько выше, чем в опытах без мульчирования. При этом максимальные значения отмечены при использовании смеси торфа с перлитом (1:4), торфа с вермикулитом (1:4) с обработкой препаратом HB-101 в концентрации 0,1 мл/л (99 и 93 % соответственно) и торфа верхового типа во всех вариантах обработки (92–95 %) (табл. 3).

Таблица 1. Приживаемость брусники обыкновенной ex vitro в зависимости от сроков пересадки в нестерильные условия

Месяц	Приживаемость по декадам, %			В среднем за месяц, %
	1-я	2-я	3-я
Март	45	52	32	43,0
Апрель	42	60	78	60,0
Май	83	88	94	88,3

Таблица 2. Приживаемость и биометрические показатели брусники обыкновенной на этапе адаптации к нестерильным условиям ex vitro без мульчирования в зависимости от субстрата и варианта обработки растений

Субстрат	Вариант обработки	Приживаемость, %	Количество побегов, шт.	Количество листьев, шт.
Торф верховой	Контроль (вода)	92	6,3±0,28	56,8±0,87
	Циркон 0,5 мл/л	90	5,1±0,35	46,6±0,78
	HB-101 0,1 мл/л	91	7,2±0,41	62,1±0,93
Торф + песок (1:1)	Контроль (вода)	68	2,4±0,24	29,8±0,32
	Циркон 0,5 мл/л	74	3,6±0,31	34,4±0,35
	HB-101 0,1 мл/л	88	4,2±0,36	39,8±0,42
Торф + вермикулит (1:4)	Контроль (вода)	82	3,1±0,22	96,7±0,98
	Циркон 0,5 мл/л	87	3,4±0,25	102,5±1,05
	HB-101 0,1 мл/л	91	3,9±0,29	115,2±1,12
Торф + перлит (1:4)	Контроль (вода)	79	3,0±0,22	31,5±0,24
	Циркон 0,5 мл/л	85	3,6±0,30	38,6±0,31
	HB-101 0,1 мл/л	98	4,2±0,41	46,3±0,40

Приживаемость и биометрические показатели брусники обыкновенной на этапе адаптации к нестерильным условиям ex vitro с мульчированием мхом Sphagnum L. в зависимости от субстрата и варианта обработки растений

Таблица 3.

Субстрат	Вариант обработки	Приживаемость, %	Количество побегов, шт.	Количество листьев, шт.
Торф верховой	Контроль (вода)	95	6,9±0,33	50,5±0,89
	Циркон 0,5 мл/л	92	5,5±0,31	44,8±0,75
	HB-101 0,1 мл/л	93	7,2±0,45	52,0±0,92
Торф + песок (1:1)	Контроль (вода)	70	2,5±0,28	30,2±0,37
	Циркон 0,5 мл/л	77	3,8±0,26	44,2±0,34
	HB-101 0,1 мл/л	90	4,4±0,32	40,9±0,43
Торф + вермикулит (1:4)	Контроль (вода)	85	3,2±0,27	99,0±0,99
	Циркон 0,5 мл/л	89	3,3±0,29	103,1±1,02
	HB-101 0,1 мл/л	93	4,0±0,35	112,4±1,09
Торф + перлит (1:4)	Контроль (вода)	82	3,2±0,29	32,2±0,26
	Циркон 0,5 мл/л	89	3,7±0,34	40,6±0,30
	HB-101 0,1 мл/л	99	4,2±0,44	48,2±0,46

По биометрическим показателям статистически значимых различий между вариантами опытов с мульчированием и без него не отмечено, при этом сохраняется тенденция формирования побегов и листьев в зависимости от состава субстрата: максимальное количество побегов – на субстрате из верхового торфа (5,5–7,2 шт.), наибольшее количество листьев – на смеси торфа с вермикулитом 1:4 (99,0–112,4 шт.).

Через 3 мес. после доращивания брусники обыкновенной в условиях ex vitro растения с закрытой корневой системой пересаживали в естественные условия (южно-таежный лесной район европейской части России) на участки нелесных земель лесного фонда (Костромской район Костромской обл.). Приживаемость растений брусники всех исследуемых сортов на участке выработанного торфяного месторождения переходного типа составила 100 %, на участке гари после поверхностно-торфяного пожара – 84 %.

Выводы

В результате исследований установлено, что при адаптации растений сортового посадочного материала брусники обыкновенной, полученного методом in vitro, к нестерильным условиям ex vitro оптимальным сроком пересадки растений является май. Самая высокая приживаемость выявлена при использовании субстратов: торфа верхового типа во всех вариантах обработки и смеси торфа с перлитом (1:4), торфа с вермикулитом (1:4) с обработкой препаратом HB-101 в концентрации 0,1 мл/л.

Наибольшее количество побегов брусники ex vitro отмечено на субстрате из верхового торфа, количество листьев – на смеси торфа с вермикулитом 1:4. При этом максимальные значения биометрических показателей наблюдаются в вариантах обработки препаратом HB-101 в концентрации 0,1 мл/л, что свидетельствует о перспективности его использования при адаптации растений к нестерильным условиям. Приживаемость растений брусники при мульчировании посадок мхом Sphagnum L. оказалась несколько выше, чем в вариантах без мульчирования, что позволяет рассматривать результаты данных опытов как элемент совершенствования технологии адаптации брусники обыкновенной к торфяным субстратам. При этом статистически значимых различий между вариантами опытов с мульчированием и без него по количеству побегов и листьев не выявлено.