Биология семян некоторых видов рода valeriana и особенности введения их в культуру in vitro

Ранее, при разработке видовых стратегий охраны видов рода Valeriana на территории Республики Башкортостан (РБ), нами были проведены работы по интродукции [22; 23] и введению в культуру in vitro [7; 8] некоторых видов рода Valeriana .

Имеющиеся в литературе сведения о биологии семян видов рода Valeriana отрывочны и противоречивы. Известно [2; 4; 9-11; 13; 14; 16; 19], что особенностью семян представителей рода Valeriana является высокая энергия прорастания свежесобранных семян и сравнительно быстрая потеря их всхожести при хранении. Показано [8; 22; 24], что семена видов рода Valeriana обладают низкой жизнеспособностью и характеризуются различными типами покоя, нуждаются в различных методах предпосевной обработки. Следует отметить, что в большинстве публикаций, посвященных изучению биологии семян видов рода Valeriana, таксономические границы вида понимаются широко - Valeriana offi cinalis s. l.

В связи с этим представляет интерес изучение особенностей биологии семян некоторых видов рода Valeriana ряда Offi cinales, связанных с их экологией и стратегиями.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Для сравнительного анализа использованы семена некоторых видов рода Valeriana ряда Offi cinales - V. alternifolia , V. dubia, V. offi cinalis , V. wolgensis , а также семена V. tuberosa L. секции Tuberosae (Hoeck) Grub., собранные нами с растений в естественных местах обитания в районах РБ (2008-2013 годы сборов) и в районах Центральной Якутии (2007 и 2015 годы сборов).

Семена V. wolgensis собирали с растений в естественных местах обитания (Бурзянский р-н РБ) и при выращивании в условиях культуры (Баймакский р-н РБ).

В лабораторных и полевых условиях для определения жизнеспособности семян использован показатель всхожести (%). Лабораторную всхожесть семян определяли в соответствие с имеющимися методиками [21].

Семена исследуемых видов хранили в лабораторных условиях в бумажных пакетиках при комнатной температуре +20 -24 о С. В эксперименте использовали только зрелые и выполненные семена.

Сезонные ритмы прорастания семян V. alternifolia определяли по имеющимся методикам [8]. Число семян в опыте варьировало от 50 до 200 шт. Семена проращивали в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге на свету при комнатной температуре +20 -24 ^оС. Семена V. alternifolia, собранные в июле 2007 г., проращивали в 2008 – 2011 годах, в разное время года: осенью - в сентябре и ноябре; зимой – в декабре, январе, феврале; весной – в марте и апреле; летом – в июне.

Для выяснения жизнеспособности семян V. wolgensis нами был заложен опыт с погребенными семенами по методике Т.А. Работнова [12]. Семена V. wolgensis были собраны нами в Бай-макском и Бурзянском (на территории Башгос-заповедника) р-нах РБ в 2008 и в 2013 годах соответственно. Закладку свежесобранных семян для хранения в естественных условиях проводили в местах их сбора. Погребенные семена изымали из земли и проращивали, соответственно, в 2009-2011 и 2014-2016 годах. Свежесобранные семена V. wolgensis по 100 шт. закладывали в марлевые пакетики (в трехкратной повторности на каждый год исследования), затем их помещали в прикрытые сверху контейнеры. Контейнеры заполняли почвой с горизонтов той же глубины, на которую их закапывали. Для придания естественности, контейнеры наполняли почвой до краев, чтобы между поверхностью почвы в контейнерах и крышкой не было незаполненного почвой пространства. Для погребения изучаемых образцов семян в почву, выкапывали яму глубиной 10 см, после размещения контейнеров с образцами, пустоты заполняли почвой. Места погребения образцов семян отмечали путем установки специальных колышков. Весной следующего года (около одного года в условиях погребения) и весной последующих лет (после 2-х и 3-х лет погребения) образцы изымали и подсчитывали число проросших семян в каждом из марлевых пакетиков. Не проросшие семена ставили на дальнейшее проращивание в чашках Петри. Опыты выполняли в трехкратной повторности, данные усредняли.

Эксплантами для введения в культуру in vitro служили семена. В качестве питательной среды использовали модифицированную питательную среду Мурасиге-Скуга [25] с гормональными добавками 6-бензиламинопурин (6 - БАП), индолил-3-уксусной кислоты (ИУК) в различных концентрациях, pH 5,5-5,8.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Семена видов рода Valeriana ряда Offi cinales мелкие.

Семена V. alternifolia , собранные в 2007 г., сохраняют лабораторную всхожесть до 2011 г. (рис.1). После трех лет хранения в комнатных условиях всхожесть снижается. Относительно низкая полевая всхожесть (1-5 %) семян этого вида сохраняется более 5 лет.

Семена V. alternifolia характеризуются вынужденным типом покоя и не нуждаются в привлечении методов стратификации и скарификации. Энергия прорастания семян низкая, максимальная – приходится на 10 день после замачивания.

Максимальные пики прорастания семян V. alternifolia отмечаются в весенние период (2009 г. - 82,5 %; 2010 г. – 27,0 %; 2011 г. – 12,0 %). В последующие сезоны показатель всхожести снижается, что свидетельствует о постепенной потере жизнеспособности семян после трех лет хранения. Для V. alternifolia также характерна затухающая волнообразная кривая всхожести семян с пиками в весенний период.

В работе В.В. Семеновой и П.С. Егоровой [19] отмечается, что свежесобранные семена V. alternifolia имеют высокую лабораторную всхожесть 38,50 - 77,25 %, но быстро снижают ее. Полевая всхожесть семян через год полностью теряется. Однако по результатам наших исследований по показателям жизнеспособности семян, V. alternifolia может быть отнесена к группе мезобиотиков - растения, семена которых сохраняют жизнеспособность более 3-х лет. Valeriana alternifolia относится к видам, способным образовывать кратковременный почвенный банк.

Свежесобранные семена V. wolgensis обладают высокой всхожестью и прорастают сразу после диссеминации. Доля проросших свежесобранных семян V. wolgensis составила в вариантах опыта 45,0-88,0 %, в среднем – 62,0 %. Кос- венным показателем прорастания семян сразу после диссеминации является высокая доля прегенеративных особей в возрастных спектрах вида. К примеру, по результатам популяционных исследований с видами рода Valeriana, проведенных нами в Государственном природном биосферном заповеднике «Шульган-Таш», показано, что доля ювенильных особей в возрастных спектрах ценопопуляций V. wolgensis составляет 33,0-83,0 %, в среднем – 64,0 %.

Жизнеспособность семян V. wolgensis , погребенных в почве в естественных местах обитания и в условиях культуры представлена в табл. 1. Общая доля жизнеспособных и проросших семян V. wolgensis в первый год после закладки опыта составила 18-93 %. Высокие показатели жизнеспособности семян наблюдали при погребении их в естественных местах обитания.

При этом доля проросших семян, хранившихся в марлевых пакетиках в почве, составила в среднем по 8 % для семян, собранных с растений в естественных условиях обитания и в условиях культуры. Основная масса семян после погребения проросла в лабораторных условиях в чашках Петри.

Во второй год после закладки опыта общая доля жизнеспособных и проросших семян V. wolgensis составила лишь 4-6 % в естественных условиях и в условиях культуры. Это семена, изъятые из почвы и проросшие в лабораторных условиях в чашках Петри. В марлевых пакетиках в почве семена не проросли.

На третий год после закладки опыта проросли лишь семена, собранные с растений, выросших в условиях культуры. Однако доля их была очень низкой (1 %).

Из вышесказанного следует, что семена V. wolgensis характеризуются высокой всхожестью и способны сохранять свою жизнеспособность в течение двух лет при хранении в почве в естественных местах произрастания. При погребении семян V. wolgensis в почве в естественных местах обитания с увеличением срока хранения наблюдается потеря их жизнеспособности. При выращивании в условиях культуры незначительная часть семена сохраняет свою жизнеспособность в течение трех лет, однако, в целом доля жизнеспособных семян в условиях культуры низкая (1-18 %).

Нами показано [3; 22-24 и др.], что выращивание в условиях культуры видов рода Valeriana

Рис. 1. Сезонные ритмы прорастания семян Valeriana alternifolia (2008-2011 гг.)

Таблица 1. Жизнеспособность семян Valeriana wolgensis , погребенных в почве в естественных местах обитания и в условиях культуры

Условия проведения опыта	Доля проросших семян (%)
	1 год хранения			2 года хранения			3 года хранения
	А	В	С	А	В	С	А	В	С
естественные условия	7,8 ± 4,5	85,0 ± 6,5	92,8	0	6,0 ± 2,1	6,0	0	0	0
условия культуры	8,0 ± 2,5	10,0 ± 4,1	18,0	0	4,0 ± 1,1	4,0	0	1,0 ± 0,2	1,0

Примечание: А - в пакетике в почве; В - всхожесть оставшихся семян в ч. Петри; С - общая всхожесть семян

приводит к изменению, в сравнении с естественными условиями, темпов роста и развития растений и их репродуктивных характеристик. Для ряда видов в условиях культуры сокращается длительность онтогенеза, растения из многолетней жизненной формы, а по В.Н. Ворошилову [4] «двулетней замещающейся жизненной формы» с вегетативным размножением, переходят в двулетнюю жизненную форму без вегетативного размножения. Стратегии жизни видов меняются из С -стратегов в R -стратегов. Семенная продуктивность V. wolgensis увеличивается, изменяется качество семян, возрастает их жизнеспособность.

Таким образом, в ходе проведенных исследований с погребенными семенами установлено, что семена V. wolgensis теряют жизнеспособность и всхожесть в течение года-двух и не способны образовывать длительный почвенный банк семян. По этим показателям V. wolgensis можно отнести к группе микробиотиков.

Разработка видовых стратегий охраны редких и ресурсных видов растений включает и разработку способов воспроизводства растений в условиях ex situ, в т. ч. и создание технологий клонального микроразмножения в условиях in vitro . При клональном микроразмножении валериан эксплантами могут служить семена [7], поэтому к качеству семян и их жизнеспособности предъявляются особые требования.

В лабораторных экспериментах 2016 г. при проращивании семян в условиях in vitro использовали семена, хранившиеся в комнатных условиях. В эксперименте использовали семена различного времени сбора – V. alternifolia 2007, 2015 г., V. dubia 2010 г., V. officinalis 2011 г., V. tuberosa 2010 г., V. wolgensis 2011 г. Семена не подвергались предпосевной обработке. При хранении в комнатных условиях семена всех видов, кроме семян V. alternifolia 2015 года сбора, были нежизнеспособными. Высокий показатель всхожести (69,071,0 %, в среднем 70,8 %) продемонстрировали лишь семена V. alternifolia 2015 года сбора. Ранее нами показано [7], что оптимальным для введения в культуру in vitro является использование свежесобранных семян или семян, хранившихся в комнатных условиях в течение одного-двух лет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Виды рода Valeriana являются главным источником сырья в производстве лекарственных препаратов, воздействующих на сердечно-сосудистую систему. При разработке технологий выращивания видов (интродукция, культура in vitro, плантационное возделывание) и создании банков семян важно знать особенности типов покоя семян выращиваемых видов, способы выведения их из состояния покоя, сроки жизнеспособности семян. К настоящему време- ни известно, что представители рода Valeriana характеризуются различными типами покоя и различной жизнеспособностью семян, однако сведения, имеющиеся в литературе обрывочны и противоречивы. Важным является и изучение условий хранения семян. В связи с этим представляет интерес дальнейшее изучение биологии семян видов рода Valeriana.

По показателям жизнеспособности семян V. alternifolia можно отнести к группе мезобиоти-ков (семена сохраняют жизнеспособность при хранении в комнатных условиях более 3-х лет), вид способен образовывать кратковременный почвенный банк.

При хранении в погребенных условиях семена V. wolgensis теряют жизнеспособность в течение года-двух и не способны образовывать длительный почвенный банк семян. Семена, погребенные в почву в естественных условиях обитания характеризуются высокой жизнеспособностью. По показателям жизнеспособности семян, V. wolgensis можно отнести к группе микробиотиков.

Семена V. dubia , V. offi cinalis , V. tuberosa после 5-6 лет хранения в комнатных условиях теряют жизнеспособность.

Установлено, что оптимальным для введения в культуру in vitro является использование свежесобранных семян исследованных видов.