Содержание к диссертации
Введение
1 Объекты и методики исследования 8
1.1 Объекты исследования, происхождение образцов 8
1.2 Методики исследования 14
2 Особенности возникновения, роста и развития «ведьминых мётел» in situ 21
2.1 Система ветвления и структура побегов «ведьминых мётел» разного происхождения у Abies sibirica 21
2.2 Возникновение и общие закономерности роста «ведьминых мётел» в кроне дерева 34
2.3 Встречаемость мутационных «ведьминых мётел» in situ у Pinus sibirica и Pinus syhestris 43
2.4 Структура женских шишек и семенная продуктивность «ведьминых мётел» Ргсеа obovata, Pinus syhestris я Pinus sibirica 47
2.5 Мужское «цветение» и качество пыльцы «ведьминой метлы» у Pinus syhestris 55
3 Рост и «плодоношение» вегетативного потомства «ведьминых мётел» Pinus sibirica ex situ 61
3.1 Фенология роста побегов и хвои привоев 63
3.2 Особенности роста привойного материала с «ведьминой метлы» и нормальной части кроны, выращенных на едином подвое 67
3.3 Апикальное доминирование, рост и ветвление привойного материала с «ведьминой метлы» и нормальной части кроны 75
3.4 Рост и ветвление привоев «ведьминых мётел»: различия между клонами79
3.5 Структура шишек и качество семян вегетативного потомства«ведьминой метлы» и нормальной части кроны 84
3.6 «Плодоношение» вегетативного потомства «ведьминых метел» 88
4 Семенное потомство «ведьминых мётел» Pinus sibirica ex situ 96
4.1 Семенное потомство нормальной кроны: различия между семьями 100
4.2 Различия между потомством нормальной кроны и потомством «ведьминои метлы» 101
4.3 Семенное потомство «ведьминои метлы»: различия между семьями 114
4.4 Семенное потомство «ведьминои метлы»: выпад сеянцев 116
Выводы 119
Список использованной литературы 121
- Возникновение и общие закономерности роста «ведьминых мётел» в кроне дерева
- Мужское «цветение» и качество пыльцы «ведьминой метлы» у Pinus syhestris
- Особенности роста привойного материала с «ведьминой метлы» и нормальной части кроны, выращенных на едином подвое
- Структура шишек и качество семян вегетативного потомства«ведьминой метлы» и нормальной части кроны
Введение к работе
Актуальность темы. «Ведьмины метлы» мутационного типа — довольно редкое явление в растительном мире. Они представляют собой фрагмент кроны дерева (локальную систему ветвления) с аномальным морфогенезом. Причина их возникновения — мутации генетического материала в меристемах растений. Такие «ведьмины метлы» по своей природе являются разновидностью соматических мутаций, называемых также почковыми вариациями или спортами. Благодаря способности передавать свои признаки при вегетативном размножении многие виды почковых вариаций используются для выведения новых форм растений (Waxman, 1969, 1975, 1987; Brown, et al., 1994; и др.). На их основе получены сотни сортов плодово-ягодных и декоративных растений.
В данной диссертационной работе изучаются «ведьмины метлы» 7 видов» хвойных, относящихся к родам Abies Mill., Larix Mill., Picea Diet, и Pinus L. Основной акцент в исследованиях сделан на Pinus sibirica Du Tour, ввиду высокой хозяйственной значимости вида. Исследование особенностей роста «ведьминых мётел» и наследования их признаков позволяет приблизиться к пониманию как самих причин возникновения «ведьминых мётел» так и того, каким образом и посредством чего, мутация приводит к изменению роста побегов и характера ветвления и как это отображается на способности к «плодоношению».
Семенное и вегетативное потомство «ведьминых мётел» хвойных растений обладаетцелымрядом декоративных качеств — обильным ветвлением, ранним и обильным «плодоношением», замедленным ростом; короткохвойностью и др., что позволяет их исследовать и испытывать как исходный материал при выведении новых сортов для озеленительных работ и ландшафтного дизайна.
В условиях возрастающего антропогенного воздействия на природную среду и климат актуальна разработка новых методов мониторинга природных объектов, в том числе на основе биоиндикации. В научной литературе есть данные о повышении частоты встречаемости «ведьминых мётел» с
5 увеличением техногенной нагрузки (Щербинина, 2003, 2004 и др.). В связи с этим в данной работе рассматривается возможность использования «ведьминых мётел» в качестве косвенного тест-критерия in situ при фитоиндикационной оценке состояния окружающей среды.
Цель и задачи исследования. Цель данной работы - исследовать особенности роста и развития «ведьминых мётел» мутационного типа и оценить возможности их использования в селекции.
Исходя из поставленной цели, основные задачи работы состоят в следующем:
Всесторонне исследовать различия между «ведьминой метлой» и нормальной кроной дерева, а также взаимоотношения между ними;
Изучить сохранение признаков «ведьминых мётел» при их вегетативном размножении;
Исследовать характер наследования признаков в семенном потомстве «ведьминых мётел»;
Оценить «ведьмины метлы» на предмет перспективности их использования в селекции.
Защищаемые положения:
Соматическая мутация, приводящая к возникновению «ведьминой метлы» в кроне дерева, вызывает нарушение апикального контроля роста побегов, что приводит к повышенному заложению боковых почек регулярного ветвления.
Вегетативный и семенной материал «ведьминых мётел» обладает рядом признаков перспективных для селекции. Вегетативное и семенное потомство от разных «ведьминых мётел» имеет больше отличий по признакам, характеризующим рост и развитие, чем вегетативное и семенное потомство, полученное от нормальной кроны тех же деревьев.
Научная новизна. На примере нескольких видов семейства Pinaceae Lindl., обитающих на территории России, исследованы особенности возникновения, роста и развития «ведьминых мётел» в кроне материнских
деревьев. Впервые исследована система ветвления и структура побегов семенного и вегетативного потомства «ведьминых мётел» Pinns sibirica Du Tour.
Теоретическая и практическая значимость. Проведенные исследования выявили ранее не описанные в литературе особенности возникновения, развития и роста, а также мужского «цветения» «ведьминых мётел» in situ. Новые данные об особенностях и характере роста семенного и вегетативного потомства, а также о «плодоношении», семенной продуктивности и качестве семян могут служить основой для использования «ведьминых мётел» в селекционных программах.
Апробация работы и публикации. Основные результаты проведенных исследований доложены и обсуждены на 5 международных (Томск, 2005; 2006; Румыния, Валюг, 2006; Санкт-Петербург, 2006; 2007), 2 всероссийских (Сыктывкар, 2005; Томск, 2006), 2 региональных (Новосибирск, 2004; Томск 2009) конференциях. По теме диссертации опубликовано 12 публикаций, 2 из которых в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка литературы (84 российских и 45 иностранных источников). Работа изложена на 133 траницах машинописного текста, включает 57 рисунков и 28 таблиц.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, заведующему лабораторией дэндроэкологии Института мониторинга климатических и экологических систем СО' РАН, к.б.н., доценту Сергею Николаевичу Горошкевичу за постоянную поддержку и неоценимую помощь в осмыслении исследуемого материла, а также за создание уникальной для России коллекции семенного и вегетативного потомства «ведьминых мётел» Pinns sibirica и многих других видов хвойных. Кроме того, автор выражает благодарность всем сотрудникам лаборатории дендроэкологии, а в особенности к.б.н., доценту Альбине Петровне Зотиковой за определение содержания фотосинтетических пигментов в хвое и к.б.н. Ольге Григорьевне
7 Бендер за помощь в приготовлении микротомных срезов хвои. Отдельную благодарность автор выражает директору Сибирского ботанического сада Томского государственного университета - д.б.н., профессору Татьяне Петровне Астафуровой за моральную поддержку и предоставление условий для завершения диссертационной работы.
Возникновение и общие закономерности роста «ведьминых мётел» в кроне дерева
Первые исследования причин вызывающих возникновения ВМ у Pinus sylvestris относятся к началу прошлого столетия. Цахом (Zach, 1911) была выдвинута версия о паразитарной природе ВМ. К такому выводу исследователь пришёл, обнаружив в плазме почек ВМ нитевидные и палочковидные микроорганизмы, отнесённые им к группе актиномицетов. Более поздние исследования окрашенных по Грамму срезов почек ВМ, а также попытки искусственного заражения нормальных почек Pinus sylvestris срезами почек ВМ - не подтвердили инфекционную природу ВМ (Носков, Негруцкий, 1956). Наблюдения наследования признаков, характерных для ВМ (укороченность побегов и особенности ветвления), в её семенном потомстве сформировали мнение о мутационном происхождении ВМ (Самофал, 1940: со ссылкой на Liese, 1933; Fordham, 1967 и др.). Мутационные изменения, возникающие на организменном уровне чрезвычайно разнообразны. Возникая в результате взаимодействия организма со средой, они проявляются в виде отклонения всего многообразия его морфологических, физиологических и биохимических признаков (Алекперов, Мехти-Заде, 1989). В настоящее время мутационные ВМ описаны для большинства хвойных и многих лиственных растений, но окончательная причина возникновения и локализация данной мутации в геноме так и не установлена. \ В1 диплоидном наборе Pinus sylvestris содержится 24 хромосомы. (2п=2х=24).
Цитологические и кариологические исследования выявили хромосомную нестабильность в клетках корневой меристемы сеянцев ВМ Pinus sylvestris. Хромосомная нестабильность выражается в появлении миксоплоидии - клеток с гипоанеуплоидным (2п=13, 16, 22) и гаплоплоидным (2п=12) числом хромосом (Буторина и др., 1974). Кроме того, обнаружилась повышенная встречаемость триплоидных (2п=3х=36) и тетраплоидных (2п=4х=48) клеток, доля которых варьировала от 8,4 до 83,3% на проросток (Седельникова, и др., 2000). Также было выявлено наличие дополнительных вторичных перетяжек у П-Ш, V-VI и XI-XII пар хромосом, локализованных в «запретных» зонах плеча и, возможно, имеющих мутантное происхождение (Седельникова, Муратова, 2001). Однако, поскольку авторы не нашли фертильных шишек непосредственно на самих ВМ, а исследовали семенное потомство нормальных частей кроны деревьев с ВМ, обнаруженную нестабильность генома можно рассматривать только как предпосылку большей вероятности возникновения у данных деревьев мутаций типа ВМ. Мутации, приводящие к образованию ВМ, возникают не только спонтанно, но и могут быть искусственно вызваны обработкой семян мутагенами, например, N-нитрозодиметилмочевиной (Бенгаус, 1986; Молотков, и др., 1989). Исследование митоза меристем 6-летних мутантных сеянцев, полученных таким способом, показало наличие у них 1,2% клеток с числом хромосом на единицу больше основного набора (2п=24+1) (Молотков, и др., 1989). Авторы полагают, что «лишняя» хромосома является или добавочной В-хромосомой или трисомиком по XII паре хромосом. Она создаёт конкуренцию хромосомам основного набора за предшественников нуклеиновых кислот, необходимых для репликации, что приводит к снижению активности ядра, нарушает генетический баланс и приводит к изменениям морфогенеза. Изучая генетические особенности организмов, часто прибегают к иммунохимическим и энзимэлектрофоретическим исследованиям свойств белков. Было установлено, что мутация типа ВМ не затрагивает белковый обмен. Данные энзимэлектрофоретического, электрофоретического и иммунохимического анализов не выявили различий в белках хвои ВМ и нормальной части кроны (Авраменко,
Исаков, 1982). Исследователи, занимавшиеся изучением ВМ на тканевом уровне (Коровин, 1987; Щербинина, 2002, 2003 а,б), считают образование ВМ следствием неспецифических нарушений ростовых корреляций меристемы. Характер ветвления, угол прикрепления ветви, их относительная длина и расположение в пространстве видоспецифичны, определяют габитус растения и являются результатом нормальной дифференциации тканей. Нарушение нормальной дифференциации может проявляться в строении отдельных частей дерева, не отражаясь существенно на растении в целом. Изучение аномального развития стебля у берёзы {Betula pendula Roth.), привело профессора Коровина к гипотезе о филогенетической связи ВМ и капа, т. к. развитие капов начинается с появления на ветвях групп почек, увеличение числа которых сопровождается разрастанием древесины в зоне их заложения.
Почки на поверхности таких наплывов остаются спящими, но отдельных случаях наплывов древесины не образуется, а сгруппированные почки дают пучок интенсивно ветвящихся побегов, что приводит к возникновению ВМ (Коровин, 1987), т. е. одни и те же скопления почек могут превращаться или в ВМ, или в кап. Однако исследования ВМ хвойных, показывают их развитие не из группы, а из одной единственной почки (Fordham, 1967). В данном разделе будут рассмотрены особенности возникновения и роста ВМ в кроне материнских деревьев на примере разных видов хвойных растений. Материал для исследования был собран во время экспедиционных поездок, как автором настоящего труда, так и заведующим лабораторией дэндроэкологии ИМКЭС СО РАН, к.б.н. С.Н. Горошкевичем. Объектами изучения были серии спилов 15 деревьев имевших ВМ. Характеристики деревьев и их ВМ описаны в таблице 1 (раздел 1.1). С каждой ветви, имеющую ВМ бралось 3 спила: 1 - до ВМ, 2 - основание ВМ и 3 - после ВМ (Рис. 17). На, спилах, с использованием бинокуляра, подсчитывалось число годичных колец, их ширина, по средним значениям минимальной, и максимальной ширины высчитывалась площадь годичного кольца и площадь поперечного сечения ветви.
Мужское «цветение» и качество пыльцы «ведьминой метлы» у Pinus syhestris
Мутационные ВМ с женским «цветением» встречаются чаще, чем с мужским. В. связи с этим мужская репродуктивная сфера ВМ остаётся не изученной. Однако, пыльца ВМ (при условии её нормального развития и фертильности) могла бы, использоваться в селекционных программах по выведению декоративных сортов хвойных. Перспективность использования именно пыльцы с ВМ связана с тем, что женские шишки ВМ часто мелкие и деформированные, а семена недоразвитые и (или) пустые. В связи с чем, опыляя пыльцой ВМ женские шишки обычных деревьев можно получить большую семенную продуктивность и соответственно больше материала (мутантных сеянцев) для селекционных программ. В данном разделе представлены результаты исследования структуры побегов мужской сексуализации и качество пыльцы ВМ-21 у Pinus sylvestris (Рисунок 10). За 8 лет из боковой почки на побеге II порядка ветвления у ВМ-21 формируется система ветвей, содержащая 5 порядков, у НК-21 - не более 4. Характеристики годичных побегов разных порядков представлены в таблице 9. Побеги ВМ-21 на 35-40% толще НК-21. По длине побеги III порядка не отличаются от НК-21, но имеют разное соотношение генеративной и вегетативной зон. У ВМ-21 генеративная зона составляет половину, а у НК-21 две трети побега. По общему количеству метамеров (стерильные катафиллы, микростробилы, брахибласты, боковые и латентные почки), закладывающихся на единицу длины побега, ВМ-21 и НК-21 не отличаются. Побеги ВМ-21, IV и V порядков, длиннее НК-21 на 30 и 17% соответственно, но это происходит только за счёт увеличения вегетативной зоны. Ветви НК-21 и ВМ-21 находятся под разной степенью апикального контроля. Побеги IV порядка НК-21 короче предыдущего на 41%, у ВМ-21 на 25%, а следующий порядок у обоих вариантов короче на 34-39%; побеги VI порядка ВМ-21 короче предыдущего на 15% (у НК-21 отсутствуют). В таблице 2.5.1, для ВМ-21 и НК-21 приведены средние значения характеристик побегов IV - VI порядков всех годов кроме самого первого (т.к. побеги в первый год и ВМ-21 и НК-21 по всем ростовым характеристикам уступают последующим на 35-40%). Продуктивность побегов (отношение количества микростробилов к длине генеративной части побега) уменьшается с III порядка к V на 20% у НК-21 и на 36% у ВМ-21. Количество, микростробилов на побегах III порядка НК-21 положительно коррелирует с длиной побега и генеративной зоны, а также с количеством брахибластов и отрицательно с диаметром побега (г=0,69; 0,57; 0,61 и -0,41 соответственно). С увеличением порядка ветвления корреляция для выше перечисленных признаков усиливается и на V порядке имеет следующие значения: 7 0,93; 0,87; 0,94 и -0,82.
Побеги III порядка. ВМ-21 имеют более слабую корреляцию этих признаков: г=0,33;.0,60; 0,32 и -037, но к V порядку корреляция усиливается превосходит НК-21: г=0,98; 0,94; 0,53 и становится положительной с диаметром побега г=0,36. Ветвление ВМ-21 в несколько раз превосходит НК-21. В НК-21 закладывается только по 1 боковой почке и много побегов вообще без ветвления, а у ВМ-21 большая часть побегов III порядка имеет по 2 боковые почки и ветвление происходит даже на V порядке - это приводит к формированию более сложной структуры ветвления. По количеству латентных почек ВМ-21 и НК-21 не отличаются и закладывают 1 в верхней части побега ниже зоны боковых почек. Образование побегов из латентных почек у НК-21 и ВМ-21 единично. В общей сложности, за 8 лет на каждой ветви НК-21 заложилось по 671±17,7 микростробилу, на ВМ-21 в 2,8 раза больше - 1939±52,3 (отличия достоверны при р 0,01). У НК-21 40 и 57% микростробилов образовалось на побегах III и IV порядков. У ВМ-21 на побегах III порядка образовалось только 9% микростробилов, а основной вклад в мужское «цветение» вносят побеги IV и V порядков - 44 и 35% соответственно, и 11% образовалось на VI порядке. Микростробилы ВМ-21 короче НК-21 на 10-23% по длине и на 6% тоньше по ширине (таблица 9). По морфологическим показателям пыльцы (длина и высота тела зерна и воздушного мешка) достоверных отличий между вариантами не выявлено (таблица 10). Однако, в пыльце ВМ-21 в 2 раза больше зёрен с морфологическими отклонениями (23,2% от всей пыльцы), из. них - 17,4% деградированной пыльцы (мелкой и сморщенной), 3,6% пыльцы с одним воздушным мешком и 2,2% одноклеточной пыльцы (без воздушных мешков). Все морфологические признаки пыльцевых зёрен и ВМт21 и НК-21 имеют низкий уровень вариабельности. По содержанию крахмала в нормально развитых зёрнах, ВМ-21 и НК-21 отличаются не значительно: у ВМ-21 на 5% меньше не полных крахмалом зёрен, но чуть больше фертильных и пустых зёрен (на 3 и 2% соответственно). Мужское «цветение» у ВМ in situ встречается крайне редко. В связи с этим, мужская репродуктивная сфера ВМ оставалась совершенно не изученной. Исследование особенностей мужского «цветения» у Pinus sylvestris выявило, что побеги ВМ-21 и НК-21 имеют разное соотношение генеративной и вегетативной зон. Генеративная зона у ВМ-21 составляет половину, а у НК-21 две трети длины побега. Также обнаружено, что у ВМ-21 продуктивность мужских побегов (отношение количества микростробилов к длине генеративной части побега) сильнее уменьшается с увеличением порядка ветвления, чем у НК-21. Полученные результаты позволяют проследить, как нарушение апикального контроля роста побегов, обусловленное возникновением мутации типа ВМ, отражается на мужской репродуктивной сфере у Pinus sylvestris. Ослабление апикального контроля побега над осями младших порядков ветвления, позволяет им закладывать больше боковых почек.
По-видимому, в образующихся новых апексах, являющихся дополнительными акцепторами питательных веществ, индуцируется большая закладка органов ассимиляции — брахибластов, несущих хвою, что увеличивает вегетативную зону побегов ВМ-21, в ущерб генеративной зоне. В самой генеративной зоне недостаток ауксина сказывается на уменьшении размеров микростробилов и приводит к образованию большого процента пыльцевых зёрен с морфологическими отклонениями. Однако гистохимический тест не выявил среди нормально развитых пыльцевых зёрен существенных изменений В накоплении крахмала, что говорит о способности ВМ-21 образовывать фертильную пыльцу. В литературе много работ посвящено исследованию селекционной ценности ВМ и характеру наследования мутантных признаков у семенного потомства (Носков, Негруцкий, 1956; Шульга, 1973; Ямбуров, 2005, 2006 б; Yamburov, Goroshkevich, 2006). Установлено, что только часть семян ВМ от свободного пыления наследует признаки, характерные для материнской ВМ (обильное ветвление и др.), остальные же имеют обычные ростовые характеристики. Расщепление сенцев F1 в соотношении близком 1:1 однозначно говорит о доминантном характере мутации. Сеянцы с ВМ и НК по ростовым характеристикам в первый год развития могут различаться или нет. Это зависит от развитости женских шишек и семян материнской ВМ. Если шишки и семена с ВМ и НК не отличаются, то и однолетние сеянцы не отличаются по всхожести и ростовым характеристикам, а ясно видимые различия появляются на второй год (Носков, Негруцкий, 1956). Однако гораздо чаще шишки ВМ мелкие, вытянутые и не полностью раскрывающиеся, (Хиров, 1973). Семена также мелкие с большим процентом пустых (Самофал, 1940; Fordham, 1967), в связи с этим снижена всхожесть семян, жизне- и конкурентоспособность сеянцев в первые годы жизни в природных условиях. Поскольку ВМ способны образовывать микростробилы с фертильной пыльцой, можно ожидать нормально развитые семена при опылении женских шишек НК пыльцой с ВМ, и половина сеянцев будет также иметь мутацию. В связи с этим пыльца ВМ может быть ценным материалом для селекционных программ по выведению карликовых сортов (Ямбуров, 2008). Повышение частоты встречаемости ВМ, связанное с усилением антропогенной нагрузки (Ямбуров, 2006а) может увеличить пул продуцируемой ими пыльцы, что в свою очередь, может увеличить количество деревьев с аномальными формами роста в лесах.
Особенности роста привойного материала с «ведьминой метлы» и нормальной части кроны, выращенных на едином подвое
Для исследования особенностей роста привоев «ведьминых мётел» был проведён эксперимент - на один подвой прививались 2 побега - один был взят с ВМ-22, а второй с нормальной части кроны того же дерева (далее НК-22). Эксперимент был заложен в 1995 году, на научном стационаре «Кедр», заведующим лабораторией дэндроэкологии ИМКЭС СО РАН, к.б.н. С. Н. Горошкевичем. Описание ВМ-22 in situ и дерева, на котором она была обнаружена, приведено в таблице 1, раздела 1.1, в том же разделе приведена фотография дерева с ВМ-22 (Рисунок 11). Весной 1995 г, на 10-15 летние однородные по высоте подвойные культуры Pinus sibirica местного экотипа были привиты пары побегов ВМ-22 и НК-22. Однолетние побеги ВМ-22 и НК-22 прививались на боковые побеги, располагающиеся, в одной мутовке (Рисунок 38, Б), предварительно, главный побег и все лишние боковые побеги удалялись (Рисунок 38, А). Летом, после того как привои прижились и пошли в рост, боковые ветви выше места прививки - обрезались. К осени, из верхушечных почек привоев ВМ-22 и НК-22, формировались 1 летние побеги с собственными верхушечными и боковыми почками (Рисунок 38, В). В дальнейшем из них формировались 2 системы ветвления - ВМ-22 и НК-22. Всего, таким способом, было привито 25 подвоев. В 12 летнем возрасте система ветвления всех привоев была детально исследована (Рисунок 39). Измерялся весь комплекс морфологических признаков - длина годичных побегов разных порядков ветвления (порядок ветвления в работе указан латинской цифрой от I до IV), длина хвои, число закладывающихся на побегах органов (стерильных катафиллов, брахибластов, латентных и боковых почек). Ретроспективный анализ роста привоев показал, что в течение первого вегетационного сезона из почек ВМ-22 и НК-22 сформировались побеги не имеющие достоверных отличий по ростовым характеристикам.
Однако у привоев НК-22 первые два года не закладывалось боковых почек, тогда как у привоев ВМ-22 они закладывались в количестве 2-3 штук. Из боковых почек заложенных первые 2 года у привоев ВМ-22 в дальнейшем формируются побеги II порядка ветвления, рост которых находится под очень слабым апикальным контролем со стороны главного побега. В среднем за 12 лет, привои ВМ-22 образует систему из 3774±226,4 осей, имеющую 5 порядка ветвления (I-V) (таблица 11) и состоящую на 58,6% из побегов и на 41,4% из почек (латентные - 11,4%, боковые и терминальные последнего года - 30%). У привоев НК-22, за такой же период времени, образуется система, имеющая 3 порядка ветвления (Г-Ш) (таблица 11) и содержащая в 7,5 раз меньшее число осей (497±18,1 шт.), из которых 69,3% составляют побеги и 30,7% почки (латентные - 17,8%, боковые и- терминальные последнего года — 12,9%). Побеги I порядка ветвления. Средняя длина весенних побегов ВМ-22 на 18% меньше длины побегов НК-22, однако, в течение 12 лет жизни привоев их ростовые характеристики существенно изменялись. Самые минимальные приросты были первые 2 года после прививания. Максимальные приросты побегов привоев ВМ-22 и НК-22 начинались на 3 вегетационный сезон и продолжались 3-5 лет. В , этот период средняя длина побегов ВМ-22 была 133±15,9 мм. Длина побегов НК-22 на 34% превосходила ВМ-22 и составляла 204±22,4 мм. После непродолжительного периода максимальных приростов рост побегов ВМ-22 и НК-22 существенно сократился, причём наиболее значительно у НК-22. В этот период длина побегов НК-22 составляла 66±5,9 мм (68% от длины побегов ВМ-22). Количество закладывавшихся на весенних побегах органов, по сравнению с ростом побегов, было более стабильным. Весенние побеги ВМ-22 и НК-22 количеству стерильных катафиллов и латентных почек. Боковых почек на побегах ВМ-22 закладывалось больше на 28%, а брахибластов на 8% меньше. Хвоя ВМ-22 меньше по длине на 16%.
Половина годичных побегов НК-22 и 67% побегов ВМ-22 состоит из двух приростов: весеннего и летнего. Летние побеги ВМ-22 и НК-22 не имеют статистически значимых отличий ни по длине, ни по количеству большинства закладывающихся типов органов (за исключением боковых почек - у НК-22 их образуется на 18% меньше). Летние побеги НК-22 меньше по длине весенних в 17,5 раз, но органов них закладывается в 5 раз меньше — такая компактность побега обусловлена уменьшением в 3,5 раза длины междоузлий побега. То же самое происходит у летних побегов ВМ-22 - они в 12 раз меньше по длине весенних и органов на них закладывается в 4,8 раза меньше органов. Стерильных катафиллов, брахибластов, латентных почек - в 2,3; в 14,0 ив 1,7 раз меньше соответственно (за исключением боковых почек - их закладывается на 20% больше, чем на весеннем побеге). Побеги П порядка ветвления. Рост весенних побегов II порядка ветвления у НК-22 находится под более сильным апикальным контролем по сравнению с ВМ-22. Побеги НК-22 почти в 3 раза короче побегов ВМ-22 по длине, образуют меньше на 38,3% стерильных катафиллов, а также брахибластов и боковых почек (в 1,6 и 4,5 раз, соответственно), но закладывают больше в 2 раза латентных почек. Побеги II порядка ветвления ВМ-22 испытывают апикальный контроль со стороны побегов I порядка ветвления, что отражается на их линейных и количественных характеристиках, а также имеют иной характер роста (растут под углом 45-50 градусов относительно оси главного побега). Весенние побеги II порядка ветвления ВМ-22, по сравнению с I порядком ветвления (главным побегом), в 2 раза меньше по диаметру и длине. Также у них на 19% меньше длина междоузлий и на 40% сокращено общее количество закладывающихся органов — боковых почек, латентных почек, брахибластов и
Структура шишек и качество семян вегетативного потомства«ведьминой метлы» и нормальной части кроны
В данном разделе приведены результаты исследования шишек и семян; полученных от вегетативного потомства ВМ на лесопитомнике «Кедр». В связи с тем, что на лесопитомнике мало плодоносящих клонов НК, сравнение шишею и семян проводится только на примере двух клонов - НК-25 и НК-26; которые регулярно плодоносят и являются контролями к ВМ-25 и ВМ-26. В обоих парах шишки ВМ достоверно меньше НК. Высота шишек ВМ-25 меньше на 26%,. а ВМ-26 на, 44%, диаметр также меньше на 25 и, 34% соответственно (таблица 15). Шишки НК однородны по размерам, вариабельность длины, и ширины, у них низкая, не более 7%. Вариабельность линейных размеров шишек ВМ средняя - 11-16%. Шишки ВМ более округлые,, соотношение длины к ширине почти равно 1. По числу стерильных чешуи в нижней и верхней частях шишек ВМ достоверно не отличаются от НК, однако фертильных чешуи у них достоверно меньше - на 31,4% (ВМ-25) и 36,3% (ВМ-26). Число фертильных чешуи имеет средний уровень вариации у ВМ (11-16%) и высокий у ВМ (25-36%). Уменьшение числа семенных чешуи приводит к соответствующему снижению и потенциальной семенной продуктивности у ВМ. Реальная семенная продуктивность шишек ВМ в обоих парах на треть ниже, чем у шишек НК. Однако, коэффициент семенификации у всех четырёх вариантов не различается и близок к 60%. Практически каждый признак шишек ВМ имеет больший уровень изменчивости, чем у шишек НК. Число нормально развитых семян в шишках ВМ на 30-40%) меньше НК. Число недоразвитых семян в шишках первой пары (ВМ-25 и НК-25) одинаково, а у второй (ВМ-26 и НК-26), достоверно, в 2,7 раза больше у НК. Недоразвитые семена в шишках образуются не регулярно.
Семена ВМ; меньше по размерам и по весу, чем семена НК. Высота семени в первой и во второй парах меньше на 11,4 и 18,8%), а масса на 7,5 и 16,1% (таблица 16). Масса ядра семян первой пары достоверно не отличается; во второй паре ядро на 23,7% больше у НК. Масса ядра ВМ обоих пар составляет 46-48% массы семени, у НК этот показатель чуть выше 49-51%. В первой паре, ВМ-25 и НК-25, семена не отличаются по длине зародышевого канала и самого зародыша, в среднем его длина 72% длины; канала. Во второй паре длина канала и зародыша больше у НК, на 8 ш37,5% соответственно; Длина зародышаВМ--26 составляет 5 0;7% длины канала; у НК-26 этот показатель выше - зародыш занимает 74,6% канала. Степеньразвитости зародышей у всех четырёх вариантов примерно одинаковая. Единично встречаются семена без зародышей, а также с несколькими зародышами. Доля таких семян не превышает 1-2%. Так же как и у шишек, по всем признакам изменчивость семян ВМ больше, чем НК. Анализ семян показал, что5 у НК больше семян; полностью заполненных, эндостермом, в первойпарев 2 раза, а во второй почти в 3 раза. Процент семян: заполненных на 2/3 также значительно выше у НК. Єемян заполненных на 1/2, 1/3 или совсем пустых у НК, наоборот, меньше, чем у ВМС По основному большинству линейных и количественных характеристик, шишки и семена НК превосходят ВМ. Уменьшение: длины шишек ВМ обусловлено уменьшением числа чешуи в фертильной зоне, это прямо влияет на потенциальную семенную продуктивность (она снижается) соразмерно ей уменьшается и реальная семенная продуктивность, но поскольку эти величины Женские шишки закладываются исключительно на весенних побегах в числе 1-2 (реже 3-4) штук. Заложение женских шишек у 5-летних привоев идёт на главном побеге и боковых (II порядок ветвления), исключение составляет клон ВМ-24 - у него шишки закладываются и на ветвях третьего порядка. Исследование «плодоношения» привоев ВМ показало, что общая (за 5 лет) урожайность и продуктивность изучаемых клонов сильно различается. Самый лучший по урожайности клон (ВМ-24) превосходит самые худшие (ВМ-26 и ВМ-28) в 11-12 раз (таблица 17).
Максимальное число шишек закладывается на клоне ВМ-24. За 5 лет на каждом привое данного клона в среднем закладывается 86,2±5,1 шишек, что в 7 раз больше, чем у клона с минимальными показателями - ВМ-28 (12,1±0,5 шишек). Кроме клона ВМ-28, низкое число шишек закладывают клоны ВМ-26 и ВМ-30 (15-16 шишек). Средними показателями данного признака (20-30 шишек) обладают клоны ВМ-23, ВМ-27 и ВМ-29. В количественном выражении, для таких показателей как число шишек, прошедших стадию опыления и число полностью развившихся шишек, характерна та же тенденция, что и в случае с числом закладывающихся шишек. Наименьшее число опылившихся и созревших шишек у клонов ВМ-26, ВМ-28 и ВМ-30 - 12-16 шишек опылилось и 3-7 полностью созрело. Максимальное значение у клона ВМ-24 - опылилось и созрело 52,8 и 35,8 штук, соответственно. Средние значения этих признаков у ВМ-23, ВМ-27 и ВМ-29 -опылилось 18-22, а созрело 11-17 штук. Вариабельность всех признаков связанных с «плодоношением» высокая (25-58%) у всех исследованных клонов. Число заложившихся шишек более изменчивый признак (34-58%), чем число созревших шишек (25-41%). Помимо прямого количественного выражения опылившихся и созревших шишек у разных клонов, большое значение имеет продуктивность - то, какую долю опылившиеся и созревшие шишек составляют от общего числа закладывающихся шишек. Наименьшие показатели остаются у клонов ВМ-26 и ВМ-28 - у них опыляется 37 и 46%, а созревает 19 и 26% шишек. Клон ВМ-24, отличающийся хорошей урожайностью имеет лишь среднюю продуктивность — у него опыляется и созревает 61 и 41% от закладывающихся шишек. Более высокая продуктивность отмечена для средних по урожайности клонов ВМ-23 и ВМ-29 - у них опыляется 75 и 87%, а созревает 60 и 79%, соответственно.
