Морфология и всхожесть семян представителей рода Hemerocallis L. в условиях лесостепной зоны Западной Сибири

Введение . Исследование систем размножения интродуцированных видов и сортов является основополагающим способом сохранения их in vitro . Среди показателей репродуктивного успеха семенная продуктивность наиболее важна при адаптации вида в конкретные условия возделывания. Известно, что на формирование семян существенное влияние оказывают гидротермические показатели периода вегетации, при которых возникают несоответствия между потенциальной и реальной семенной продуктивностью; последняя, как правило, снижается вследствие ряда причин: незрелости семяпочек, недостаточности опыления, отсутствия оплодотворения, нежизнеспособности, невызревания и повреждения семян, что особо выражено в условиях интродукции [1, 2]. Интродукционный успех любого таксона выражается в его самостоятельном вегетативном и семенном размножении в регионе, в том числе и лесостепной зоне Западной Сибири. В связи с этим представляют научно-практическое значение виды и сорта рода Hemerocallis L., используемые в декоративном цветоводстве в России и за рубежом [3–10]. Несмотря на большое сортовое разнообразие, в природе известно около 15–20 видов, произрастающих в Юго-Восточной Азии, Сибири, Европе [11–12]. Благодаря высокой биологической пластичности, семенному и вегетативному размножению, лилейники получили широкое распространение по всему миру. Однако сведений о семенной продуктивности и морфологии семян лилейников, сформированных в разных природно-климатических условиях, недостаточно, что обусловливает актуальность данной работы.

Цель исследования . Описать морфологические особенности, определить семенную продуктивность и всхожесть семян некоторых представителей рода Hemerocallis в условиях интродукции в Центральном сибирском ботаническом саду (ЦСБС) СО РАН.

Материалы и методы исследования. Работа выполнена в Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН. Объектом служили семена видов разных сроков репродукции ЦСБС: Hemerocallis lilio-asphodelus L. (syn . H. flava L.) – лилейник желтый (2012–2013 гг.); H. minor Mill. – Л. малый (04.06. и 18.09.2016 г.); H. middendorffii Trautv. et C. A. Mey. –

Л. Миддендорфа (02.09.2016 г.); H. citrina Baroni – Л. лимонно-желтый (04.07. и 02.09.2016 г.) и семян сортов Hemerocallis x hybrida hort. 2016 г. сбора: cv. Regal Air, cv. George Cunningham, cv. Buffy's Doll. Для сравнения всхожести семян H. minor местной репродукции в работе использованы также семена этого вида, собранные 16.09.2016 г. в Забайкальском крае ( авторы благодарят канд. биол. наук, ст. науч. сотр. Т.И. Фомину за предоставленные семена из данного местонахождения ). Массу 1000 семян и лабораторную всхожесть определяли, опираясь на общепринятую методику [13]. Семена проращивали в чашках Петри при температуре 20– 23 °С по 15–30 шт. в двух-трех повторностях. Стратификацию семян проводили при температуре 5– 6 °С в течение 25 дней в холодильном шкафу. Семенную продуктивность определяли по И.В. Вайна-гий [14], подразделяя ее на потенциальную (ПСП) – число семязачатков и реальную (РСП) – число полноценных семян на элементарную единицу. Пересчет на особь не проводили, поскольку число генеративных побегов у видов варьирует. Определение типа покоя семян проводили по [15]. При описании морфологии семян применяли общепринятую терминологию [16, 17]. Статистическая обработка полученных морфометрических данных проведена по методике [18], с помощью пакета программ Excel 2013. Сравнительный анализ строения семян проводили на оборудовании Центра коллективного пользования ЦСБС, с использованием стереомикроскопа Carl Zeiss Stereo Discovery V12 с цветной цифровой камерой высокого разрешения AxioCam MRс-5, с программой AxioVision 4.8 ( авторы благодарят А.А. Красникова за методическую помощь в освоении данного оборудования) .

Результаты исследования и их обсуждение. Полученные нами данные показали, что у исследованных видов и сортов плод представляет собой многосемянную, сухую, кожистую коробочку, с округлой или удлиненно-эллиптической формой. Ее внешняя часть разделена на шесть ребер, а внутренняя состоит из трех камер, где расположены семена. Плод состоит из околоплодника с наружным слоем – экзокарпием и внутренним – эндокарпием, который часто имеет поперечное морщинистое жилкование и на ранних этапах развития первоначально имеет зеленый цвет. В процессе созревания околоплодник претерпевает изменения, его ткани становятся более грубыми, и зрелые плоды лилейника имеют светло-коричневый цвет с зеленоватым оттенком. Среднее значение длины коробочки у видов составило 2,4–2,8 см, ширины 0,8–1,3 см (табл. 1).

Размер плодов у видов и сортов рода Hemerocallis в условиях ЦСБС, см

Таблица 1

Вид, сорт	Длина			Ширина
	M ± m	V, %	Диапазон min – max	M ± m	V, %	Диапазон min – max
H. middendorffii	2,59±0,07	8,23	2,3–3,0	1,33±0,05	12,31	1,1–1,6
H. minor (4.06.2016 г.)	2,35±0,13	17,77	2,1–3,3	1,15±0,08	20,80	0,7–1,6
H. citrina (4.07.2016 г.)	2,53±0,05	6,98	2,4–2,9	0,83±0,05	19,71	0,6–1,1
H. citrina (2.09.2016 г.)	2,83±0,08	10,01	2,5–3,2	1,32±0,07	18,48	0,8–1,7
George Cunningham	2,66±0,14	11,76	2,4–3,0	1,40±0,11	18,89	1,3–1,8
Regal Air	2,71±0,07	8,33	2,4–3,1	1,18±0,05	13,59	0,9–1,4
Buffy's Doll	2,59±0,08	10,36	2,1–3,0	1,39±0,06	15,33	1,1–1,7

Примечание. Здесь и далее: М – среднее арифметическое, m – стандартная ошибка, V – коэффициент вариации, min – max – минимальное и максимальное значения.

Наибольший размер плода наблюдали у H. citrina (02.09.2016 г.) и сорта Regal Air, наименьший – у H. minor (04.06.16 г.) и сорта Buffy's Doll. В целом значительных отличий между размерами плодов у видовых и сортовых лилейников не выявлено. Отмечено, что вскрывание плода у изученных лилейников происходит продольными створками, по гнездам – локулицидно и полное, что в филогенетическом отношении является примитивным признаком.

Окраска семян – черная, глянцевая, однотипная и не отличается у исследованных видов и сортов. Их форма округло-яйцевидная, иногда почти шаровидная или слегка серповидная, угловатопирамидальная, наблюдается ее варьирование не tH«4

•••••

H. middendorffii только между видами и сортами, но и на внутривидовом и сортовом уровне (рис. 1). Они покрыты плотной темно-коричневой кожурой, внутренний слой которой обычно плотно прилегает к наружному, не образуя воздушную камеру, что характерно для растений, обитающих в ксеромезофитных условиях [17]. Семенной рубчик эллипсоидный. Семенной шов килевидный, короткий. Масса 1000 семян исследованных лилейников в среднем составляла от 8,2 до 24,1 г. Среди видов наибольшая масса характерна для семян H. middendorffii (14,8 г), наименьшая – у H. minor (8,2 г). У сортов наибольшая у cv. Buffy’s Doll (24,1 г) и наименьшая cv. George Cunningham (13,4 г).

Mttl •*444

|2 тгП| cv. Buffy’s Doll

Рис. 1. Внешний вид семян в условиях ЦСБС

Большую часть объема семени занимает полупрозрачный эндосперм, в него погружен недифференцированный зародыш. Такая остановка развития зародыша еще на проэмбриональной стадии характерна для многих однодольных, в том числе и близкородственного семейства Liliaceae L., и рассматривается как примитивный признак [19]. При анализе строения семени после их 7–9-месячного хранения в комнатных условиях при 20–24 °С, выявлено, что зародыш представляет собой удлиненное тельце линейной или палочковидной формы (H. minor, H. citrina), кеглевидной (H. lilio-asphodelus, H. middendorffii) или цилиндрической (cv. Buffy’s Doll, cv. Regal Air). В целом он прямой и крупный, занимает от 1/3 до 2/3 объема семени (рис. 2) и расположен в его центральной части. При проращивании в продольном разрезе семени обнаружена четкая граница между осью и терминальной семядолей зародыша.

Зачаток зародышевого корешка обращен кончиком к микропиле. В верхней части он переходит в прямой гипокотиль и оканчивается меристематическим апексом побега, который мелкоклеточный. Семядоля – более цилиндрическая у H. middendorffii по отношению к другим видам. Ее нижняя часть представляет собой влагалище, охватывающее конус нарастания со всех сторон и прикрывающее его от механических воздействий.

Среднее значение длины семян у видов варьировало от 3,9 до 5,6 мм, ширины – от 2,6 до 3,4 мм с наибольшим значением у H. minor (сбор 04.06.2016). Однако семена этого же вида забайкальской репродукции имели в 1,2–1,4 раза меньшие размеры. Семена сортов H. x hybrida превышали размеры семян видов в 1,5–2,0 раза, с наибольшим морфометрическим значением у cv. Regal Air и наименьшим у cv. George Cunningham (табл. 2).

Известно, что на полноценное вызревание семян большое влияние оказывают внешние условия в период их формирования. Анализируя потенциальную и реальную семенную продуктивность, было установлено, что последняя в 1,5–2,0 раза ниже у видов и сортов от свободного опыления (табл. 3). Отмечено, что неоднозначность низкой РСП зависела как от видо- и сортоспецифичности, так и от срока созревания и сбора семян. Однако при сравнении показателей РСП среди культиваров она была наи- большая у cv. Regal Air, а среди видов – у H. middendorffii, но при этом практически соответствовала одному показателю (15,1–15,6). Сравнение результатов РСП разных сроков сбора у H. citrina показало, что более поздние сроки сбора повышают РСП более чем в 2 раза.

Коэффициент семенной продуктивности показывает степень адаптации вида растений к новым условиям произрастания [2]. Коэффициент семенифи-кации ниже среднего значения отмечен у cv. George Cunningham, H. minor, H. citrina раннего срока сбора. Высокие показатели (68,6–70,6 %) имели соответственно H. middendorffii и cv. Regal Air. Однако, очевидно, существенное влияние на формирование семян лилейников оказывает гидро- и термообеспеченность вегетационных периодов. Так, обнаружено, что в 2017 г. семена не были сформированы у всех интродуцированных видов и культиваров, что связано с повышенными среднесуточными температурами в период цветения. Нами установлено, что гидротермический коэффициент по Г.Т. Селянинову в районе интродукции – ГТК=0,63, что соответствовало очень засушливому, недостаточно увлажненному периоду вегетации, который приходился на конец мая и июнь месяцы. Для сравнения: в 2016 г. в районе интродукции ГТК=1,1, что соответствовало слабозасушливому и удовлетворительно увлажненному вегетационному периоду.

H. lilio-asphodelus

H. minor

H. middendorffii

H. citrine

Рис. 2. Продольный срез семян Hemerocallis

cv. Buffy’s Doll                            cv. Regal Air

Окончание рис. 2

Размер семян у видов и сортов рода Hemerocallis в условиях ЦСБС, мм

Семенная продуктивность (шт.) лилейников в 2016 г. (Новосибирск)

Таблица 2

Вид, сорт	Длина			Ширина
	M ± m	V, %	Диапазон min – max	M ± m	V, %	Диапазон min – max
H. lilio-asphodelus	4,63 ± 0,13	9,44	4,08–5,34	3,16±0,07	7,11	2,72–3,41
H. middendorffii	4,81 ± 0,05	3,76	4,70–5,10	3,39 ± 0,06	6,18	2,89–3,62
H. minor (4.06.2016)	5,63 ± 0,21	11,42	4,81–6,67	2,98±0,13	3,21	2,75–3,71
H. minor (18.09.2016)	3,87 ± 0,08	6,59	3,40–4,12	2,63±0,09	10,82	2,19–2,93
H. citrina (4.07.2016)	4,57 ± 0,12	8,70	4,13–5,45	3,11±0,07	7,22	2,67–3,41
H. citrina (2.09.2016)	4,81 ± 0,08	9,38	4,66–5,12	3,25±0,09	9,38	2,79–3,74
cv.George Cunningham	5,59 ± 0,22	12,93	4,42–6,55	4,02±0,17	13,54	3,50–4,78
cv. Regal Air	6,04 ± 0,06	3,30	5,67–6,29	5,46±1,24	7,53	3,34–5,08
cv.Buffy's Doll	5,92 ± 0,18	9,13	5,41–7,05	5,61±013	7,67	3,70–4,71

Таблица 3

Вид, сорт	РСП1 (M ± m)	ПСП2 (M ± m)	КС3, %
H. middendorffii	15,6 ± 2,1	22,8±1,1	68,6
H. citrina (4.07.16 г.)	5,8 ± 0,8	11,8±1,4	49,7
H. citrina (2.09.16 г.)	14,2±0,8	24±1,7	60,2
H. minor (4.06.16 г.)	5,8±0,8	12,8±0,8	47,7
cv. Buffy’s Doll	10,2±1,4	15,2±1,9	65,1
cv.George Cunningham	8,2±2,5	17,8±1,6	43,7
cv. Regal Air	15,1±1,7	21,6±2,5	70,6

Примечание: 1 – реальная семенная продуктивность, 2 – потенциальная семенная продуктивность; 3 – коэффициент семенификации.

При изучении лабораторной всхожести семян у H. lilio-asphodelus, H. minor, H. middendorffii, H. citrina, cv. Regal Air, cv. George Cunningham, cv. Buffy's Doll обнаружена зависимость видо- и сортоспецифично- сти в их прорастании и от сроков сбора. Так, всхожесть семян H. minor (12.09.16 г.) наблюдали на 4-й день, наибольшую энергию прорастания (100 %) на 19-й день. У остальных видов, собранных в разные сроки 2016 года: H. minor, H. middendorffii, H. citrina всхожесть отмечена позднее на 5–7 дней по сравнению с H. minor (12.09.16 г.), они прорастали на 9– 11-й день. Прорастания семян H. lilio-asphodelus репродукции 2012–2013 гг. не наблюдали. Семена культиваров прорастали на 15–17-й день. В целом всхожесть у видов составляла 50-100 %, у культиваров 45,6–67,5. Наибольшая энергия прорастания семян у видов отмечена на 3–5-й день, у сортов на 5–7-й день.

Установлено, что после 25-дневной стратификации семян при температуре 5–6 °С скорость прорастания у всех исследуемых видов и сортов лилейника в целом увеличивалась в 1,5–2,0 раза, за исключением H. citrina . Семена H. minor (12.09.16 г.) прорастали в первый день после холодной стратификации, H. middendorffii на 8-й день, H. citrina на 20-й день. При стратификации семян H. lilio-asphodelus их всхожести не наблюдали. Семена cv. Regal Air, cv. George Cunningham, cv. Buffy's Doll проросли на 8-й и 13-й день соответственно.

Поскольку в сводке [15] среди описанных видов нет представителей рода Hemerocallis , согласно этой классификации, на наш взгляд, покой семян у исследованных нами видов и сортов лилейника – эндогенный, с физиологическим неглубоким типом, физиологический механизм торможения прорастания семян слабый, с хорошо развитым эндоспермом и зародышем. В условиях интродукции формирование семян происходило неоднозначно, несмотря на многолетнее ежегодное цветение видов и сортов Hemerocallis, в отдельные вегетационные периоды с повышенной среднесуточной температурой или влажностью в период цветения они не формируются или формируются в ограниченном количестве. Данные причины требуют более детального изучения и дальнейшего исследования, так как являются одним из механизмов адаптации Hemerocallis к экстремальным условиям лесостепной зоны Западной Сибири.

Выводы

• 1.    Первичное исследование морфологических особенностей семян интродуцированных видов: H. lilio-asphodelus , H. minor , H. middendorffii, H. citrine и сортов: cv. Regal Air, cv. George Cunningham, cv. Buffy's Doll показало их незначительную внутривидовую и межсортовую морфологическую изменчивость. Выявлена морфометрическая разница в размерах семян у вида H. minor интродукционной популяции ЦСБС от Забайкальской.

• 2.    Установлено, что семена от свободного опыления у сортов H. x hybrida более крупных размеров, но прорастают на 5–6 дней позднее, чем семена

• 3.    Виды H. lilio-asphodelus , H. minor , H. middendorffii, H. citrina и сорта: cv. Regal Air, cv. George Cunningham, cv. Buffy's Doll имеют эндогенный физиологический неглубокий тип покоя семян. Адаптивный потенциал индивидуален для каждого таксона и выражен в различии коэффициента семе-нификации (43,7–70,6 %)

видов. Всхожесть семян составляет 45,6-100 % , в 23 раза выше в осенние сроки сбора. Отсутствие всхожести семян H. lilio-asphodelus, при использовании холодной стратификации и без нее, вероятно, объясняется их длительным сроком хранения (4–5 лет).