Рентгенографический метод в определении разнокачественности семян зеленных овощных культур. Из загона

Разнокачественность семян – явление известное и широко распространённое [1]. Причин ему множество, начиная от генетически обусловленных особенностей зиготы, возможно имеющих приспособительный характер [2], и кончая влиянием меняющихся во времени условий среды на семязачаток и развивающийся зародыш, расположенный в конкретном, исключительно ему принадлежащем месте в структуре целого растения [3]. Да и судьба зрелого семени, отделённого от материнского растения для послеуборочной обработ- ки и хранения также оказывается сугубо индивидуальной (возможны травмы, заселение насекомыми и пр.) [4]. Однако в настоящее время популяционная разнокаче-ственность семян в растениеводстве признана весьма нежелательной и с биологической, и с технологической точек зрения.

На семенах овощных культур, в силу их большого видового и сортового разнообразия, разнокаче-ственность проявляется в большей степени [5,6]. Изучение этого явления, в частности, причин его возникновения, а также спектра наблюдаемой изменчивости, включая скрытую изменчивость, изучение возможностей, как снижения изменчивости, так и путей её использования в адаптивном семеноводстве – всё это актуальные задачи для отрасли. Особенно мало изучена скрытая разнокачественность внутренней структуры семян и связь скрытых признаков структуры с посевными качествами семян и продуктивными свойствами растений, вырастающих из этих семян. Успешное производство овощной продукции связано с использованием высококачественных и однородных семян. Как отмечает академик

BREEDING AND SEED PRODUCTION OF AGRICULTURAL CROPS

П.Л. Гончаров [7], за счет внедрения нового сорта урожайность можно увеличить на 25%, а за счет повышения качества семян – еще на 20%. Возможности новых сортов могут проявляться при использовании полноценных однородных семян. Отсюда следует, насколько важно практическое изучение разнокачественно-сти семян в узком смысле понятия «качество».

В настоящее время распространенным методом оценки качества семян является определение их всхожести путем проращивания в лабораторных условиях. Простота метода не вызывает сомнения. Однако длительность проведения анализа и неизбежная ликвидация проанализированных семян не всегда являются приемлемыми при работе с малой партией или коллекцией семян, а также для экспресс-оценки. Полученные результаты анализа можно использовать

Рис. 2. Фрагменты из рентгенограммы и фотографии:

а) рентгенография семян укропа, б) фотография семян укропа.

Рис. 1. Рентгенограмма разнокачественных семян укропа.

лишь при расчёте нормы высева больших партий на значительные площади, либо для выбраковки всей партии семян, использование которой для посева экономически нецелесообразно. Кроме того, остаются неоцененными сила роста и потенциальная продуктивность всхожих семян. Семена высокого качества обладают высокой энергией прорастания, всхожестью, силой роста и высокой продуктивностью растений, из них выросших. Для этого они должны быть хорошо выполненными, зрелыми, нетравмиро-ванными, неповреждёнными вредителями и не заражёнными грибной или иной инфекцией. Все эти свойства лишь частично могут быть оценены по внешнему виду или физическим параметрам семян, на основании чего можно было бы осуществить их сепарацию известными способами. В основном же качественные пока- затели семян обусловлены состоянием внутренней структуры, которую можно оценить, не разрушая семени, только с помощью рентгеновских лучей [8,9,10].

В совместной работе сотрудников ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур, Агрофизического НИИ и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета разработан метод микрофокус-ной мягколучевой рентгенографии семян овощных культур [11]. Новые разработки обеспечили существенное улучшение качества рентгеновских снимков благодаря применению микрофокус-ных излучателей, а низкие показатели напряжения на рентгеновской трубке (мягколучевая рентгенография), применяемые при съемках, исключают вредное воздействие для семян и оператора [12,13].

Материал и методы

Материалом исследования явились разнокачественные семена зеленных овощных культур: спаржи, укропа, кресс-салата и базилика из коллекции ВНИИССОК. Рентгенография семян проводилась на кафедре электронных приборов и устройств Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета, анализировались рентгенограммы в лаборатории экологических методов селекции и селекции и семеноводства зеленных и пряновкусовых овощных культур ВНИИССОК методом рентгенографии семян овощных культур [11,14].

Результаты и обсуждение

Анализ рентгенограмм семян укропа выявил достаточно большую вариабельность их внутренней структуры (рис.1). Выполненные семена на рисунке

ВЦ

ДЭ1

Рис.3. Рентгенограмма семян кресс-салата.

Рис. 4. Фрагменты из фотографии проростков семян кресс-салата.

Рис. 5. Внешний вид (фото) семян спаржи.

выглядят светлым овалом, с отчетливыми светлыми продольными перетяжками (семенные швы). Напротив, семена невыполненные, то есть, по существу – пустые оболочки, выглядят ровно тёмными, с неяркими продольными перетяжками. На рисунке 2 проанализирован фрагмент этой рентгенограммы. Так, на рисунке 2-а из 12 семян укропа только 7 (№ 1,4,6,7,8,9,11) оказались полноценными, судя по их рентгеновским проекциям. Два семени (№5 и 10) просматриваются невыполненными (пустыми), а семена под номером 2,3,12 имеют все признаки повреждения клопом – вредной черепашкой. Примечательно, что такое различие внутреннего устройства не отражено на внешнем облике семян (рис.2-б).

Не менее интересным оказался анализ внутренней структуры семян кресс-салата (рис.3). В отличие от семян укропа они более плотные и выделяются отчетливыми, светлыми проекциями на рентгенограммах. Часть семян отличается нерегулярными «рисунчатыми» затемнениями, разной степени интенсивности. Проведен анализ влияния данных рентгенпризнаков на жизнеспособность семян. Результаты проращивания семян (рис.4) показали, что семена под номером 2,3,5,7,10 и 18 с вышеназванными признаками, в основном, не проросли и не сформировали нормальный росток. Более «замаскированными» оказались нерегулярные затемнения у семян под номерами 12 и 15. При внимательном рассмотрении легко обнаружить потемневшие кончики корешков, что говорит об их некрозе. Естественно, эти семена тоже не проросли.

Семена спаржи так же, как и кресс-салата, впервые были подвергнуты рентгенографическому

анализу. Анализ рентгенограмм выявил некоторые характерные рентгенпризнаки для семян спаржи. Выполненные полноценные семена имеют яркую светлую про- екцию круглой или овальной формы. Зародыш выделяется светлым удлинённым образовани- ем на полоски ственную щель между семядоля- ми (рис.6). Недовыполненные

Рис. 6. Рентгенограмма семян спаржи.

фоне темной сквозной обнаруживающей есте-

Рис. 7. Фрагменты рентгенографии семян и фотографии проростковспаржи.

семена на рентгенограммах выглядят множественно ячеисты- гп a         „гппоотио ми, где тёмные угловатые ячейки

по краям и в середине семени

обнаруживают и морщины

глубокие вмя

в

Пустотелые семена выделяются

семяд

только светлым очертанием оболочки, внутри же видны только слабо светлые тяжи усохших

зачатков эндосперма и зародыша. На представленных фрагментах рисунков (рис.7) видно, что семена №6 и 7 с вышеприведенными

негативными рентгенпризнаками

при проращивании не сформиро-

вали росток, даже не наклюнулись, напротив, семена №5,8,9, не имеющие указанных признаков, проросли и продолжили рост.

Семена базилика оказались

весьма показательными для рентгенографического анализа. Во-первых, и полноценные, и недовыполненные семена внешне выглядят абсолютно одинаково, гладкими и твёрдыми, а во-вторых, внут-

ренние недостатки семян четко

Сопоставление результатов рентгенографического анализа и лабораторного проращивания семян базилика

Образцы	Дефектные семена (по рентгенограммам), шт.				Нормальные семена (по рентгенограммам), шт.	Проросшие семена, шт.
	отслоение оболочки	недовыполненные	пустотелые	всего дефектных
Osmin (фиолетовый)	10	12	6	28	22	23
Зеленый крупнолистный	4	4	4	12	38	37
Лиловый	3	3	2	8	42	42

Рис.8. Фотография семян базилика сорта Osmin.

Рис. 9. Рентгенограмма семян базилика сорта Osmin

проявляются на рентгенограммах при съемке с большим увеличением, что позволяет их классифицировать (рис.8). В основном, эти недостатки были связаны с недо-формированием семян на материнском растении. Возможно, семена в неблагоприятных условиях вызрели не до конца.

Результаты рентгеновского анализа семян почти полностью совпадают с результатами лабораторного проращивания (табл.). В статье мы приводим снимки только одного образца – Osmin (рис.8,9,10), а цифровые данные по трем образцам базилика (табл.).

Рентгенографический анализ семян трех образцов базилика показал достаточно большую вариабельность их внутренней структуры (рис.9). Выявленные недостатки семян были классифицированы и включены в три группы: семена с отслоением оболочки, а также, недовыполненные и пустотелые (табл.). Также были определены нормальные, полноценные семена. При лабораторном проращивании тех же семян, в том же порядке, выявлено, что проросли и сформировали нормальные ростки семена, классифицированные по результатам рентгеновского анализа как нормальные, полноценные. Семена из дефектных групп либо не проросли, либо только наклюнулись (рис. 10, табл.). Примечательно, что число полноценных семян (по рентгенанализам) и нормальных ростков (по результатам проращивания), почти совпали по всем трем образцам как по количеству (табл.), так и по порядку (рис. 9, 10). Следовательно, рентгенографический анализ может быть успешно применен для определения жизнеспособности семян, в данном случае, семян базилика.

Выводы

• 1.    Метод мягколучевой микро-фокусной рентгенографии позволяет определить дефекты внутренней структуры семян овощных культур.

• 2.    Метод особенно эффективен для анализа мелких, в основном, семян зеленных овощных культур при съемке с прямым рентгеновским увеличением без потери качества изображения.

• 3.    Результаты рентгенографического анализа семян базилика совпадают с результатами их проращивания следовательно, и метод может быть применен как альтернативный при определении жизнеспособности семян.

• 4.    Рентгенографический метод анализа качества семян выгодно

  

  Рис. 10. Фотография проростков семян базилика сорта Osmin.

  
  

X-RAY DIFFRACTION METHOD

FOR EVALUATION

OF HETEROGENEOUS SEEDS

OF GREEN VEGETABLE CROPS

Musaev F.B.,1 Kharchenko V.A.,1

Shevcheko Y.P.,1 Potrakhov N.N.,2

Bessonov V.B.2

• ¹    Federal State Budgetary Scientific Research Institution “All-Russian Scientific Research Institute of vegetable breeding and seed production” 143080, Russia, Moscow region, Odintsovo district, p. VNIISSOK, Selectionnaya street, 14

• ²    Saint Petersburg Electrotechnical University «LETI»

5. Метод наиболее эффективен

197376, Russia, Saint Petersburg, Proffesora Popova street, 5

отличается от существующих тра-

диционных методов:

• а)    большей информативностью,

• б)    быстрой исполнения,

• в)    сохраняемостью анализируемого материала для дальнейшего

и, возможно, незаменим при работе с малым количеством

семян коллекционных и селек-

ционных партий.

использования.