Биологические науки/2. Структурная ботаника и биохимия растений

Д. с-х.н. Ненько Н.И., к.б.н. Киселева Г.К., к.с-х.н. Тыщенко Е.Л.,

к.с-х.н Тимкина Ю.В.

Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства, Россия

Изучение гибискуса сирийского по физиолого-биохимическим и анатомо-морфологическим параметрам в связи с адаптацией к засухе

Большое разнообразие зарубежных сортов обширного рода гибискус представляет особый интерес при интродукции в условиях Краснодарского края. Гибискус сирийский (Hibiscus syriacus L.) известен как высоко декоративный кустарник семейства Мальвовые, имеющий длительное цветение с середины июня до конца сентября. В этот период высокие температуры воздуха, недостаток воды в почве и повышенная инсоляция являются основными лимитирующими стрессорами [1,2,3].

Цель настоящей работы – выделить наиболее засухоустойчивые сорта гибискуса сирийского по физиолого-биохимическим и анатомо-морфологическим параметрам листьев в связи с интродукцией в условиях Краснодарского края.

Объектами исследований служили интродуцированные сорта гибискуса сирийского Специозус, Карнеус пленус, Хамабо, Вудбридж, в качестве контрольного образца исследовали местную форму гибискуса семенного происхождения. Отбор материала для исследований проводили в вегетационный период 2010-2012 гг. Для изучения физиолого-биохимических параметров листьев использовали соответствующие методики [4]. Особенности формирования структуры листа изучали на анатомических срезах [5], микрообъекты изучали и фотографировали с помощью микроскопа «Olympus» ВХ 41.

За анализируемый период 2010 – 2012 гг. июнь становится все более засушливым и жарким, а максимальная температура в августе и сентябре - снижается. Август и сентябрь 2012 г. в отличие от 2011 г. были более засушливыми (рис.1).

Рисунок 1 – Характеристика погодных условий на территории

г. Краснодара за 2010-2012 гг.

В связи с этим уже в августе 2011 и 2012 гг. можно предполагать протекание репарационных процессов, что характеризуется большей оводненностью листьев у сортов Вудбридж, Специозус и местной формы (контроль) (рис. 2). У сорта Карнеус Плена отмечается невысокая засухоустойчивость, что характеризуется снижением оводненности листьев.

Низкая влагообеспеченность растений в августе – сентябре 2012 г. в сравнении с 2011 г. характеризуется снижением содержания воды в листьях в свободной форме у сортов Вудбридж, Специозус и местной формы (рис. 3).

Рисунок 2 – Содержание воды в листьях гибискуса сирийского, %

Рисунок 3 – Содержание свободной воды в листьях гибискуса сирийского, %

У сорта Карнеус Плена отмечается увеличение содержания свободной формы воды, что может быть связано с большей транспирацией. Большее содержание свободной формы воды позволяет предположить также активные обменные и репарационные процессы.

Большее содержание сухих веществ, ИУК и АБК, ингибирующей оксидазу ИУК, в листьях отмечается у сорта Карнеус Плена и местной формы гибискуса сирийского (табл. 1).

Таблица 1 – Биохимическая характеристика обменных процессов в листьях растений гибискуса сирийского

Вариант	Сухие в-ва,%	Связан. вода,%	Пролин мг/г	Сахароза мг/г	Крахмал мг/г	хлорофилл (а+б), мг/г	АБК, мг/г	ИУК, мг/г
Контроль	37,57	53,75	1,44	1,6	2,99	5,86	1,15	2,7
Хамабо	37,9	54,24	2,36	1,58	1,42	9,47	0,27	0,72
Вудбридж	38,55	56,76	1,97	1,56	2,8	5,8	0,58	0,9
Специозус	28,81	62,08	1,65	5,03	9,06	13,02	3,14	1,37
Карнеус Плена	54,24	33,34	1,56	2,86	3,24	6,44	2,54	1,9

Большее содержание связанной формы воды у сорта Специозус в условиях засухи согласуется с повышенным содержанием сахарозы, а содержание крахмала – с содержанием пигментов в листьях, что характеризует его как засухоустойчивый сорт. Невысокое содержание свободной воды у этого сорта согласуется с повышенным содержанием АБК снижающей интенсивность транспирации вследствие уменьшения размеров замыкающих клеток устьиц. Большее содержание связанной воды у сортов Хамабо, Вудбридж, Специозус может быть обусловлено повышенным содержанием пролина в листьях.

Большее содержание хлорофилла (а+б) отмечалось у сортов Хамабо, Специозус и Карнеус Плена, что характеризует более активно протекающие репарационные процессы.

У сортов Специозус, Вудбридж и местной формы за анализируемый период отмечается постепенное снижение содержания сухих веществ в листьях, а у сорта Карнеус Плена в 2012 г. - увеличение, что свидетельствует о лучшем накоплении пластических веществ у последнего (рис. 4).

Рисунок 4 – Содержание сухих веществ в листьях гибискуса сирийского, %

Анатомо-морфологические исследования листьев гибискуса, проведенные в условиях сентября 2012 г. показали, что изучаемые сорта различаются по анатомическому строению листа (табл. 2, рис. 5)

Таблица 2 – Биометрические показатели листовой пластинки различных сортов гибискуса сирийского (19.09.12)

сорт	общая толщина листа, мкм	Толщина тканей листовой пластинки, мкм						кол-во устьиц шт/ мм^2	длина, устьица мкм	ширина устьица мкм
		кутикула	верхн. эпидермис	палисадпарен-хима		губчатая парен-хима	нижний эпидер-мис
местная форма	220,5	6,0	8,5	104,5		95,0	6,5	306	19,5	8,0
Хамабо	197,5	4,0	7,0	91,5		90,0	5,0	250	21,0	8,5
Вудбридж	200,5	4,5	8,5	90,0		92,5	5,0	268	20,5	9,0
Специозус	230,0	6,5	10,0	108,0		98,5	7,0	329	18,5	7,0
Карнеус пленус	234,0	5,5	9,0	116,5		96,0	7,0	386	19,5	8,0
а – засухоустойчивый сорт Специозус					б – незасухоустойчивый сорт Хамабо

Рисунок 5– Микрофото поперечного среза листовой пластинки сортов

гибискуса сирийского.

Общая толщина листовой пластинки варьировала от 197,5 мкм у сорта Хамабо до 234 мкм у сорта Карнеус пленус (таблица). Толщина кутикулы на верхнем эпидермисе варьировала от 4,0 мкм у сорта Хамабо до 6,5 мкм у сорта Специозус. Толщина верхнего эпидермиса варьировала от 7,0 мкм у сорта Хамабо до 10,0 мкм у сорта Специозус. Толщина нижнего эпидермиса варьировала от 5,0 мкм у сортов Хамабо и Вудбридж до 7,0 мкм у сортов Специозус и Карнеус пленус. Толщина слоя палисадной паренхимы варьировала от 90,0 мкм у сорта Вудбридж до 116,5 мкм у сорта Карнеус пленус. Толщина слоя губчатой паренхимы варьировала от 90,0 мкм у сорта Хамабо до 98,5 мкм у сорта Специозус.

У всех сортов, кроме сорта Вудбридж отмечено преобладание слоя палисадной паренхимы над слоем губчатой в различной степени. У сорта Вудбридж отмечено преобладание слоя губчатой паренхимы над слоем палисадной. Слой палисадной паренхимы наиболее развит у сортов Специозус, Карнеус пленус и местной формы и составляет 104,5-116,5 мкм.

Линейные размеры устьиц различались у исследуемых сортов гибискуса сирийского (рис. 6).

а – засухоустойчивый сорт Специозус

б – незасухоустойчивый сорт Хамабо

Рисунок 6– Микрофото устьиц с нижнего эпидермиса листовой пластинки

сортов гибискуса сирийского.

Длина замыкающих клеток устьиц варьировала от 19,5 мкм у сортов Специозус, Карнеус пленус, растений местной формы до 21,0 мкм у сорта Хамабо. Ширина замыкающих клеток устьиц варьировала от 8,0 мкм у сортов Специозус, Карнеус пленус, растений местной формы до 9,0 мкм у сорта Вудбридж. Количество устьиц варьировало от 250 штук на 1 мм² листовой поверхности у сорта Хамабо до 386 штук у сорта Карнеус пленус.

Утолщение стенок клеток верхнего и нижнего эпидермисов, кутикулы, увеличение толщины слоя палисадной паренхимы, увеличение количества устьиц на единицу листовой поверхности, уменьшение линейных размеров устьиц являются признаками ксероморфной структуры и обуславливают устойчивость растений к засухе.

Таким образом, по результатам физиолого-биохимических и анатомо-морфологических исследований в сентябре 2012 года сорта гибискуса сирийского Специозус, Карнеус Пленус и растения местной формы проявили себя более засухоустойчивыми в сравнении с сортами Хамабо и Вудбридж.

Литература:

1. Ненько, Н.И. Морфо-физиологические особенности интродуцированных сортов гибискуса сирийского на юге России в связи с засухоустойчивостью / Н.И. Ненько, Г.К. Киселева, Е.Л.Тыщенко, Ю.В. Тимкина // Сборник материалов всероссийской научно-практической конференции «Роль и значение ботанических и дендрологических садов в системе развития особо охраняемых природных территорий» 21-23 июня 2012, Переславль-Залесский.- С. 43-47.

2. Киселева, Г.К. Анатомо-морфологическое и физиолого-биохимическое изучение гибискуса сирийского в связи с устойчивостью к засухе / Г.К. Киселева, Н.И. Ненько, Е.Л. Тыщенко, Ю.В. Тимкина // Материали за 8 международна научна практична конференция, «Образованието и науката на XXI век»,-2012. Том 38.Биологии. София. «Бял ГРАД-БГ» ООД – С.15-18.

3. Киселева, Г.К. Анатомо-морфологические и физиолого-биохимические особенности листьев гибискуса сирийского в условиях Краснодарского края / Г.К. Киселева, Н.И. Ненько, Е.Л. Тыщенко, Ю.В. Тимкина // Материалы международной научной конференции «Дендрология, цветоводство и садово-парковое строительство», Ялта, 5 – 8 июня 2012.- Ялта.- 2012 . – С. 116.

4. Ненько, Н.И. Физиологические методы в адаптивной селекции плодовых культур / Н.И. Ненько, Т.Н. Дорошенко, Т.А. Гасанова // Современные методологические аспекты организации селекционного процесса в садоводстве и виноградарстве.-Краснодар, СКЗНИИСиВ, 2012.- С. 189-198.

5. Киселева, Г.К. Анатомо-морфологическая оценка адаптивного потенциала сортов плодовых культур и винограда / Г.К. Киселева // Современные методологические аспекты организации селекционного процесса в садоводстве и виноградарстве.-Краснодар, СКЗНИИСиВ, 2012.- С.199-205.