ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2013, № 3, с. 46-53
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 630* 161.6: 582.475.2: 631.532
КОНТРОЛИРУЕМОЕ ОПЫЛЕНИЕ СОСНЫ СИБИРСКОЙ НА КЛОНОВОЙ ПРИВИВОЧНОЙ ПЛАНТАЦИИ*
© 2013 г. И. Н. Третьякова
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок
Е-та11: culture@ksc.krasn.ru Поступила в редакцию 09.11.2011 г.
Эксперименты по контролируемому опылению были проведены на 14-17-летних клонах сосны сибирской в Западном Саяне. В качестве опылителей использовались дерево с однолетним циклом развития женских шишек и плюсовые деревья из естественного древостоя, формирующие женские шишки с высокой семенной продуктивностью, высоким качеством семян и пыльцы. Контролируемое опыление клонов улучшило показатели структуры урожая женских шишек и качества семян по сравнению со свободно опыленными клонами. Получено потомство от деревьев-опылителей с однолетним циклом развития женских шишек, которое представляет ценный материал для изучения биологических особенностей уникального природного явления - особей сосны сибирской с однолетним циклом развития.
Сосна сибирская, дерево с однолетним циклом развития женских шишек, клоновая плантация, пыльца, семенная продуктивность женской шишки.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Несмотря на разноплановые исследования генеративных органов сосны сибирской (кедра сибирского, Pinus sibirica Du Tour) - основного орехоплодного вида Сибири, выявление закономерностей формирования урожаев [1-5, 8], изучение физиологических процессов, лежащих в основе формирования генеративных структур [6], цитоэмбриологические особенности [15], микро-клональное размножение в культуре in vitro [17] и многие другие аспекты репродукции данного вида остаются не решенными. Между тем, репродуктивные процессы сосны сибирской имеют ряд особенностей, отличающих кедр сибирский от других представителей хвойных, произрастающих на территории Сибири: высокую полиэмбриональность (до 16 зародышей в одном мегагаметофите) и необходимость длительной стратификации семян (4-7 мес); встречаемость в природных популяциях уникальных гетеро-зисных генотипов деревьев (0,2%) с однолетним
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ № 11-04-00281 и интеграционного проекта № 53.
циклом развития женской шишки, у которых наблюдается сильная акселерация генеративного цикла (от опыления до оплодотворения проходит 2 месяца, вместо 14-15 [3, 6]). Однако размножение таких гетерозисных форм естественным путем невозможно вследствие гаметофитной несовместимости в период сингамии и отсутствия зародыша [15, 16].
Повышение репродуктивного потенциала сосны сибирской является одной из основных проблем повышения урожайности данного вида и сохранения его генофонда. Эта проблема может быть решена сочетанием классических методов селекции, таких как искусственный отбор высокоурожайных форм, контролируемое опыление, получение хозяйственно ценных гибридов с современными биотехнологиями культуры in vitro, позволяющими массово размножать улучшенные сеянцы данного вида.
Проведение опытов по внутривидовой гибридизации с отбором высокопродуктивных родительских форм, участвующих в эксперименте как "материнские" или "отцовские" деревья, а также использование пыльцы деревьев с однолетним циклом развития женских шишек позволит
более тщательно изучить репродуктивные процессы, лежащие в основе формирования семян кедра сибирского, а также улучшить семенную продуктивность женских шишек и качество семян данного вида.
Цель исследования - изучение особенностей формирования генеративных органов сосны сибирской на клоновой прививочной плантации при контролируемом опылении клонов пыльцой дерева с однолетним циклом развития женских шишек и высокопродуктивных деревьев, а также исследование полученного гибридного потомства.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Объектом исследования служили клоны кедра сибирского, произрастающие на прививочной плантации Западно-Саянского опытного лесного хозяйства. Клоновая прививочная плантация площадью 10 га расположена на территории Даурского лесничества вблизи поселка Ермаков-ское (53°16' с.ш. и 92°23' в.д., высота над уровнем моря 300-320 м). Каждый клон представлен прививками плюсовых деревьев кедра сибирского из естественного древостоя в Западном Саяне, выделенных Ю.А. Череповским с сотрудниками, и состоит из 12-15 деревьев (рамет). При проведении работ по контролируемому опылению в 2005-2009 гг. отбирались плантационные клоны высотой 3-3.5 м в возрасте 14-17 лет. На двух клонах (К 277/22 и N 281/26) проводилось контролируемое опыление в течение четырех лет. В последующие годы в контролируемое опыление периодически были вовлечены следующие клоны: N 275/20, N 280/25, N 145/4, N 153/13, N 002. В качестве "отцовских" деревьев использовали дерево с однолетним генеративным циклом развития женских шишек N 106 и плюсовые деревья N 277, N 492, N 357 и N кш2 из естественного древостоя из Западного Саяна. Плюсовые деревья характеризуются высокой семенной продуктивностью женских шишек (76-97%), формирующих крупные полиэмбриональные семена (масса 1000 семян составляла 267-338 г). Кроме того, проводили самоопыление плантационных клонов. Сбор пыльцы и контролируемое опыление осуществляли по стандартным методикам [10, 12-14] в период раскрытия микроспорангиев. За период исследования, с 2005 по 2009 г., на 182 раметах выполнен 1381 вариант контролируемого опыления.
По стандартным методикам [9, 16] определяли морфометрические параметры пыльцы. Для изучения жизнеспособности пыльцы проращивали ее в 10%-м растворе сахарозы [9] и в водном растворе минеральной среды [19].
Исследование женских генеративных органов включало анализ показателей урожая учет зало-жившихся и созревших шишек при свободном и контролируемом опылении и исследование структуры урожая женских шишек. Анализ показателей структуры урожая и семенной продуктивности проводили по методу Д.А. Сабинина [11], разработанному для злаковых культур и модифицированному для хвойных [7]; учитывали следующие показатели строения женских шишек: длину и ширину шишки, число семенных чешуй (общее и развитых), число семян. Показатель семенной продуктивности определяли как выраженное в процентах отношение числа развитых семян к общему числу семенных чешуй, увеличенному вдвое. Стратифицированные семена в 2010 г. были введены в культуру in vitro ( в печати) и высажены в теплицу.
Просмотр микроскопических образцов проводили на микроскопе Ломо Микмед-6 (Россия). Фотографии микропрепаратов осуществляли при помощи цифрового фотоаппарата Olympus FE-5020 (Япония).
Статистическая обработка данных осуществлялась с помощью пакетов программ Microsoft Excel 2003 и STATISTICA 8.0 по стандартным методикам.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Урожайность макростробилов и семенная продуктивность женских шишек клонов сосны сибирской на прививочной клоновой плантации. На прививочной клоновой плантации сосны сибирской первые макростробилы появились в 2005 г. на отдельных раметах 14-летних клонов N 277/22 и N 281/26. В 2006 г. 12% клонов формировали макростробилы. Число макростробилов у рамет одного и того же клона варьировало по годам. Самый низкий урожай макростробилов на клоновой плантации за весь период исследования наблюдался в вегетационный сезон 2009 г. (табл. 1).
Размеры образовавшихся шишек при свободном опылении в 2005-2009 гг. у одного и того же клона варьировали. Так, у рамет клона №277/22 размеры шишек по длине колебались от 35.5 мм (2006 г.) до 55.7 мм (2007 г.). Семенная продуктивность шишек у клонов при свободном опылении оказалась низкой: от 1,6% у клона N 280/25, в 2009 г. до 26.1% у клона N 281/26, в 2007 г. (рис. 1).
Особенности пыления и качество пыльцы сосны сибирской у клонов и деревьев опылителей из естественного древостоя. Первые
2006 г.
277/22
Клоны
281/26
2007 г.
277/22
{Слоны 280/25
281/26
2009 г.
Клоны
277/22 275/20 280/25 281/26 002 145/4 153/13
2009 г.
Г*~"*Г I I Г" "I"—"I
Клоны
277/22 275/20 280/25 281/26 002 145/4 153/13
Рис. 1. Размеры шишек ( А, Б) и семенная продуктивность (В), кедра сибирского на клоновой прививочной плантации. 1 - дерево опылитель N 106; 2 - самоопыление; 3 - дерево опылитель N 496; 4 - свободное опыление; 5 - дерево опылитель N 357; 6 - дерево опылитель N кш2. Указаны индексы опыленных рамет, ниже индексы деревьев-опылителей.
микростробилы на клоновой плантации появились в 2006 г у 15-летнего клона N 281/26. В 2007 и 2008 гг. пыление клонов на плантации было массовым - в клонах пылили 60 и 70% рамет.
Пыление сосны сибирской на клоновой плантации происходило 5-7 июня в 2005 г., 9-12 июня в 2006 г, 6-8 июня в 2007 г., 9-10 июня в 2008 г.,
11-12 июня в 2009 г. при сумме эффективных температур 316-335 град-суток. Пыльца рамет на плантации оказалась меньше по размерам в сравнении с пыльцой деревьев из естественного древостоя (табл. 2).
В ходе эксперимента по проращиванию пыльцы на питательных средах было показано, что
4« ох
2007 г.
60-
в
я я
И0"
я 30-о
§ 10-
I оз
о
и
2006 г.
--
::: Ю
Клоны 277/22 281/26
277/22
Клоны 280/25
281/26
2009 г.
Клоны
277/22 275/20 280/25 281/26 002 145/4 153/13
Рис. 1 (окончание).
пыльца деревьев из естественного древостоя имела высокий процент прорастания и формировала более длинные пыльцевые трубки по сравнению с пыльцой рамет (табл. 3).
Таблица 1. Урожай макростробилов у клонов кедра сибирского на прививочной клоновой плантации
Год наблюдения клон Число макростробилов, шт.
2005 277/22 48
281/26 8
2006 277/22 64
281/26 68
2007 277/22 105
281/26 29
282 /27 40
285/31 30
320/51 43
280/25 35
2008 277/22 76
281/26 29
275/20 40
153/13 138
002 107
145/4 87
2009 277/22 22
153/13 8
145/4 16
002 27
Репродуктивный потенциал сосны сибирской при контролируемом опылении. В период исследования на прививочной клоновой плантации (2005-2009 гг.) ежегодно проводили два одинаковых варианта контролируемого опыления: клон N 277/22 и N 277 (опылитель - плюсовое материнское дерево, черенки которого использовались в качестве привоя) и N 277/22 и N 106 (опылитель - дерево с однолетним цикло
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.