Биологические основы прививки древесных растений при интродукции

М.Т. Кръстев, И.А. Бондорина, С.А. Протас







БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИВИВКИ

ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ




















Товарищество научных изданий КМК Москва ♦♦♦ 2014

УДК 581.165.7:582.091
ББК 28.592.7
  К85

М.Т. Кръстев, И.А. Бондорина, С.А. Протас. Биологические основы прививки древесных растений. Москва: Товарищество научных изданий КМК, 2014. 164 с., 10 цв. вкл.

Книга посвящена итогам теоретических и экспериментальных исследований, связанных с особенностями размножения интродуцированных растений прививками. В ней подробно рассмотрены разработанные авторами новые методы и способы изучения прививок и оценки их перспективности. Особое внимание уделено рентгенографическому методу изучения прививок, позволяющему изучить происходящие процессы в зоне срастания у одних и тех же объектов, при этом сохраняя их жизнеспособность.
Книга предназначена специалистам-ботаникам, дендрологам, агрономам, интродук-торам, селекционерам, агрономам, специалистам лесного и садово-паркового хозяйства.


            Ответственный редактор


доктор биологических наук, профессор А.С. Демидов, директор Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина Российской академии наук


            Научные рецензенты:


доктор биологических наук В.П. Криворучко
доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.В. Исачкин

Рукопись утверждена Ученым Советом ГБС РАН

Фотографии М.Т. Кръстева, И.А. Бондориной


Издание финансировано Программой фундаментальных исследований Отделения биологических наук РАН «Биологические ресурсы России: динамика в условиях глобальных климатических и анторопогенных воздействий»






ISBN 978-5-87317-999-2

                                 © ГБС РАН, текст, иллюстрации, 2014 © Товарищество научных изданий КМК, издание, 2014

К 70-летию Главного ботанического сада.

   Монография посвящена итогам теоретических и экспериментальных исследований, связанных с особенностями размножения интродуцированных древесных растений прививкой. Показана специфика изучения прививки малораспространенных видов и сортов, в том числе и интродуцированных. Подробно рассмотрены разработанные авторами новые методы и способы изучения прививки и оценки их перспективности. Анализируются результаты приемов искусственного повышения эффективности прививочных операций. Рассмотрены также современные способы и методы для изучения и оценки готовности компонентов прививки к трансплантации, а также участия различных тканей в регенерационно-восстановительном процессе. Особое внимание уделено рентгенографическому методу изучения прививки, позволяющему изучить происходящие процессы, в зоне срастания у одних и тех же привитых объектов при этом сохраняя их жизнеспособность. Рентгенографический метод позволяет выявить связь между морфологическим строением вегетативных почек и их пригодностью к трансплантации, которая проявляется в способности срастаться с подвоем и энергии роста полученных из них привитых растений. За почти сорокалетнюю научно-исследовательскую работу для изучения и оценки прививки впервые были использованы современные научно-технические достижения, такие как рентгеновское и лазерное изучения, химические и физические воздействия, а также современные цифровые фотокамеры и сканирующие устройства с высокой разрешающей способностью. В результате этих работ были получены 4 патента на изобретение, защищены две докторские и четыре кандидатские диссертации и более 10 дипломных работ. Монография рассчитана на широкий круг научных работников, ботаников, дендрологов, интродукторов, селекционеров, агрономов, специалистов садово-паркового и лесного хозяйства. Она также может быть использована преподавателями и студентами биологических факультетов и педагогических институтов.

              Ответственный редактор доктор биологических наук А.С. Демидов

    The monograph is devoted to the results of theoretical experimental investigations connected with the peculiarities of introducted woody plants multiplication in the time of grafting. The work deals with the peculiarities of grafting studies of rare species and sorts including introducted plants. The monograph also touches upon the new methods and ways of grafting studies worked out by the authors and also the estimation of their perspective.The results of methods of artificial inceasing of grafting operations efficiency are being analyzed. Besides modern methods and ways for studying and estimation of grafting components readiness for transplantation and participation of different tissues in regeneration-restoration process are being considered.Special attention is given to x-rays method of grafting study which gives the opportunity to study the processes taking place in the concrescence zone of the similar grafted plants, their vital capacity being preserved.X-ray method helps to find the connection between the morphological vegetative bud structure and their usefulness for transplantation which displays itself in the ability of concrescence with the stock and also the growth energy of grafted plants received from them. During forty years of scientific research work of grafting study and estimation, modern scientific technical achievements such as x-ray and lazer radiations, chemical and physical reactions, modern digital photo cameras and high tech scanning devices were used.As a result of these works 4 patents for invention were received, 2 doctor and 4 patents and more than 10 diploma works were maintained.The monograph can be used by many scientific workers, dendrologist, introductors, workers of plant breeding, agriculturists, specialists in gardens, parks and forests.lt can also be used by teachers and students of biological faculties and pedagogical institutes.


Editor: Dr. of Biological Sciences A.S. Demidov

                ВВЕДЕНИЕ





   Размножение растений способом прививок известно человеку с доисторических времен. Без этого приема размножения невозможно было бы сохранять и возделывать культурные формы многих плодовых и декоративных растений. Искусство прививки очень древнее. Как показывают археологические данные, его хорошо знали и успешно применяли в Египте еще 5000 лет до н.э., Ассирии и Вавилоне 3000 до н.э., Китае 2000 лет до н.э., Греции 300-400 лет до н.э., а в Риме в начале нашей эры. Римляне распространили этот прием размножения на территории своей империи, откуда впоследствии его стали широко применять по всей Европе (Крыженовский, 1955, Кренке, 1966).
   За многовековую историю создано более 200 способов прививок и огромное число их модификаций. Самым первым способом, по-видимому, было «сближение» или «аблактировка», так как именно этот способ человек заимствовал у природы, наблюдая случаи срастания ветвей деревьев, растущих близко друг к другу (Кичунов, 1931). В то же время Н.П. Кренке (1966) отмечает, что Вергилий около 2000 лет назад описал, как давно известные два способа прививки - окулировку и прививку черенком, т.е. основные способы, применяемые и в настоящее время.
   Однако, хотя в глубокой древности знали искусство прививки, представления о нем были не всегда верными. Так, встречаются данные о прививках груши на вербе или ясене, вишни на тополе и т.д. (Кичунов, 1931) и только в 1810 г. французский биолог Туэн высказал мысль, что успешная прививка возможна лишь у деревьев, имеющих генетическое родство. С этого момента начинается рациональное применение прививки, однако подлинную сущность и возможности ее практического использования раскрыл известный русский экспериментатор и селекционер И.В. Мичурин. Его работы дали новый толчок для дальнейшего развития и совершенствования зеленой хирургии.
   В развитии учения о прививках особое место занимает выдающийся российский ученый Н.П. Кренке. Его монументальные работы «Хирургия растений (травматология)» (1928), «Регенерация растений» (1950), «Трансплантация растений» (1966) обобщили весь накопленный в мировой науке материал, в том числе и исследования в этой области, сделанные лично самим автором.
   В его работах широко освещается не только чисто практическая сторона прививок, но и сложные анатомо-биохимические процессы, протекающие при срастании подвоя и привоя. В настоящее время вопросы зеленого строительства приобретают все более актуальное значение. Зеленые насаждения не только украшают наши города, поселки и села, но и улучшают санитарно-гигиенические условия жизни и отдыха, способствуя задержанию пыли, снижению содержания вредных дымов и газов, спасая людей от изнуряющего зноя и т.д. Однако, чаще всего видовой состав древесных растений, используемых в озеленении, весьма беден и составляет несколько де

Биологические основы прививки древесных растений

сятков видов, преимущественно местного происхождения. В то же время имеется большое количество интродуцированных видов растений, которые нередко превосходят местные растения по декоративным достоинствам, скорости роста, долголетию и с успехом могли бы быть использованы в озеленении (Плотникова, 1980).
   Большое значение в создании садов и парков имеют садовые формы и сорта различных видов лиственных и хвойных древесных растений, большинство из них характеризуется экологической пластичностью, быстрым ростом, прекрасными декоративными качествами, поэтому их ставят в один ряд с наиболее ценными видами древесных растений. Однако для широкого внедрения в практику зеленого строительства садовых форм и сортов, особое значение приобретает изучение способов их вегетативного размножения. Выбор того или иного способа размножения является сугубо индивидуальным для каждого вида и зависит, прежде всего, от его биологических особенностей.
   Как известно, культура многих древесных растений базируется на вегетативных способах размножения, позволяющих сохранить в неизменном виде все их ценные признаки и свойства, а быстрота размножения и выращивания этих растений зависит от способов и эффективности их размножения.
   Прививка является одним из широко используемых агротехнических приемов в возделывании древесных растений. Особую ценность прививка приобретает при выращивании видов и садовых форм, отличающихся размерами и формой кроны, ветвлением, окраской листьев, красотой цветения и т.д., так как эти свойства играют очень важную роль в создании высокохудожественного садово-паркового ландшафта. Нередко для размножения некоторых садовых форм и сортов растений из-за расщепления при семенной репродукции прививка является единственно возможным способом, обеспечивающим однородность потомства, позволяющим получать большое количество деревьев с одинаковыми свойствами.Немаловажное значение прививка имеет в интродукционном эксперименте и селекционном процессе для закрепления замеченных положительных отклонений у отдельных особей популяции или при отборе в потомстве искусственно полученных гибридов. Вегетативное размножение - единственное средство массовой репродукции для стерильных форм древесных растений.
   Еще в начале прошлого века Н.П. Кренке (1966) указывал на то, что классические методы изучения прививки, в том числе анатомо-гистохимические, хотя и дают объективную информацию о регенерационном процессе и динамике его протекания, а также участии отдельных тканей в этом процессе, основываются, в большинстве случаев, на исследовании прививок однолетних растений, в основном представителей семейства Пасленовых. Методик таких исследований мало или они практически не пригодны для изучения прививок древесных растений. Основные задачи на перспективу Н.П. Кренке видел в разработке новых, доступных и более дешевых методик, пригодных для изучения прививок древесных растений. Эти задачи еще более актуальны, когда речь идет об изучении прививок лиственных и хвойных интроду-центов.
   Принятые в промышленном садоводстве технологии прививки древесных растений пригодны для известных, давно используемых культур, не всегда дают ожидаемые результаты, когда речь идет о мало изученных видах или новых формах и сортах. Ведь к каждому новому виду необходимо найти свой подход, а для того чтобы выявить особенности его размножения требуется большое количество исходного матери

Введение

7

ала (до 80-85 образцов). Но на практике новые сорта и формы или мало изученные виды древесных растений могут быть представлены в коллекциях единичными экземплярами, или, в лучшем случае, одним-двумя десятками. С таким количеством исходного материала применяя общепринятые методики трудно решить основные задачи, без которых невозможна разработка технологии размножения этих растений:В связи с этим роль прививки древесных растений и ее изучение имеют в Ботанических садах свою специфику. Надо отметить, что существующие научные работы, касающиеся этой области, практически не затрагивают темы глубокого изучения прививки при размножении интродуцентов. Отрадно, что в ГБС РАН еще с середины 70-х годов прошлого века проводятся работы в этой области.
   Началось все с работы Геры Георгиевны Фурст и профессора Божина Богданова (зав кафедрой лесоводства Софийского ун-та леса), когда в ГБС была проведена работа по комплексному изучению прививок сосны румелийской (эндемичным видом, произрастающим на Балканском полуострове) на сосну обыкновенную, аборигенный для нас вид. Полномасштабное комплексное анатомическое и гистохимическое изучение прививок позволило выявить подходящие для этой комбинации способы прививки. Это помогло не только создать семенные плантации из привитых растений, но и искусственно восстановить и сохранить естественный ареал произрастания этого вида сосны. В то же время эта работа показала, что для комплексного изучения необходимо иметь большое количество исходного привитого материала для фиксирования анатомических срезов зоны срастания, что естественно приводит к уничтожению привитых растений (Фурст, 1976). Однако, в данном случае жертва была оправдана, так как благодаря этой работе угроза потери вида сосны исчезла. Большая, трудоемкая работа, требующая для ее выполнения не только большого количества привитого материала, но и высококвалифицированных специалистов-анатомов, дорогостоящего оборудования, химических реактивов, показала, что возникла острая необходимость в разработке новых методов и способов изучения прививки как метода размножения интродукционных растений. Эта идея была выдвинута Петром Ивановичем Лапиным и под его руководством была создана межотдельская рабочая группа, которую курировали такие известные научные сотрудники, как Нина Алексеевна Бородина, Валерий Иванович Некрасов, Гера Георгиевна Фурст. Ответственным за исполнение этих работ с середины 1970-х гг. стал Кръстев Митко Тоневич. В 1974-1975 гг. были разработаны и утверждены основные направления исследовательских работ, которые проводятся в соответствии с тематическим планом научных исследований ГБС по программе «Интродукция и акклиматизация растений». При разработке комплексной программы научных исследований исходили из того, что успешность прививочных операций зависит от многих, взаимосвязанных между собой факторов, которые в различной степени влияют не только на регенерационный процесс, но и на жизнеспособность привитого растения. Необходимо было найти методы, при которых можно было бы наблюдать за прививками и привитыми растениями, изучать, не уничтожая их.
   Следующим этапом в изучении прививок явилась работа, в которой впервые был применен рентген для изучения зоны срастания прививочных компонентов. Поиск новых способов изучения прививки заставил нас обратить внимание на приборы, используемые в медицине. Принцип получения рентгенографического изображения заключается в том, что рентгеновские лучи, пройдя через объект изучения, поглощаются

Биологические основы прививки древесных растений

в той или иной степени его тканями, а на рентгеновской пленке фиксируются тени большей или меньшей оптической плотности. После рентгенографирования часть растительных объектов подвергались анатомическому анализу, что позволило точно расшифровать рентгенограммы и разработать объективную методику их дешифрирования. Это помогло, например, определить внутреннее строение почек независимо от их видовых и функциональных особенностей, а также выявить наличие или отсутствие патологических изменений (повреждение вредителями, болезнями, низкими или очень высокими температурами и др.). При этом заметим, что почки сохраняли жизнеспособность, и в дальнейшем их можно было использовать в качестве привоев, и в конечном итоге наблюдать за приживаемостью прививок, а также, ростом, развитием привитых растений из этих почек.
   Для изучения регенерационного процесса в зоне срастания необходимо знать тканевые особенности компонентов прививки и взаимодействие тканевых комбинаций, полученных в результате прививочной операции.
   Рентгенограмма позволяет четко фиксировать характерные особенности внутреннего строения поперечных и продольных срезов как у привоя, так и у подвоя. Это позволяет в дальнейшем достоверно оценить не только протекание регенерационного процесса, но и роль отдельных тканей в этом процессе.
   Следующим шагом изучения прививки стало использование не только рентгена, но и медицинского инфракрасного лазерного излучателя бытового назначения. Мы начали поиск различных приемов воздействия на зону прививки для ускорения срастания компонентов, и в итоге были разработаны методики для стимулирования прорастания привойных почек при окулировке роз и закладки цветочных почек при выгонке роз. Обе методики были запатентованы. «Способ стимуляции привитого материала» Авторское свидетельство № 5045997/15 от 1992 г и «Способ стимуляции роста почек лиственных кустарников» Авторское свидетельство 5045996/15 от 1992 г. (Кръстев М.Т., Щербанюк С.Л.)
   Но нам было ясно, что не маловажную роль при трансплантации растений играет не только внешнее воздействие, но и биологические особенности подвоя и привоя, которые необходимо было выявить и объективно оценить и сравнить.
   Для этого мы определили регенерационный потенциал компонентов прививки и их готовность к трансплантации. Разработанная нами методика основывается на естественной биологической способности лиственных и хвойных древесных растений к образованию каллуса при ранении.
   Нам удалось экспериментально установить, что древесные растения различаются по своим регенерационным возможностям. Предложенная методика наглядно позволяет оценить регенерационные способности различных интродукционных видов, делая возможным объективно определять наиболее благоприятные сроки для выполнения прививочных операций.
   Затем были продолжены исследования, в которых изучались различные стимулирующие воздействия на зону прививки. Использование ФАВ нашло очень широкое применение в современных технологиях вегетативного размножения растений черенками. Однако, ФАВ практически не используются при размножении растений прививкой. Не исключено, что это может быть связано с тем, что не были решены такие актуальные вопросы, как научно-обоснованная оценка пригодности ФАВ как стимулятора прививок, не были отработаны способы нанесения ФАВ на раневые поверхно

Введение

9

сти и не изучена динамика протекания всего регенерационного процесса под воздействием ФАВ.
   Для того, чтобы оценить степень воздействия различных ФАВ на регенерационновосстановительные процессы была разработана экспресс-методика, позволяющая тестировать на наличие стимулирующих свойств имеющиеся в данный момент биологически активные вещества и препараты и выявлять наиболее подходящие для определённого вида растений и конкретной прививочной комбинации. Методика и способ оценки стимулирующих свойств у физиологически активных веществ (ФАВ) запатентованы. Авторское свидетельство «Способ оценки стимулирующих свойств у физиологически активных веществ (ФАВ)» Демидов А.С., Кръстев М.Т., Бондорина И.А. №2009122236 Приоритет 10.06.2009. Зарегистрировано 27.05.2012. Бюл. №15. Следующим этапом исследований является работа, которую мы ведем сейчас.
   Как известно, для того, чтобы проводить работы по прививке растений, необходимо, и это общепринятое мнение, чтобы подвой находился в фазе активного роста. Для средней полосы России календарно в открытом грунте этот период наступает весной в конце апреля - начале мая. Для выполнения прививочных операций надо заготовить до начала вегетации привои, которые необходимо хранить при определенной температуре и влажности. При длительном хранении их качество ухудшается. Учитывая также возможность неблагоприятных условий в период весенних прививок, мы не всегда можем быть уверены в их положительном результате, и особенно когда привой является малоизученным или биологически сложным для прививки видом. Такие же проблемы наблюдаются и при летней окулировке в конце июля - начале августа. При этом время для проведения прививок ограничено. Для того, чтобы свести к минимуму негативные последствия проведения прививочных операций в открытом грунте последние 20-30 лет наблюдается тенденция массового перехода на зимние прививки в закрытом грунте, где можно создать максимально благоприятные условия (температура, влажность, свет) для прививочной операции и развития привитого растения.
   Мы использовали условия оранжереи для прививки интродуцентов, и надо сказать, что прививка различных рябин, караган, яблонь, клёнов и других древесных растений в закрытом грунте оправдана.
   Наряду с достигнутыми положительными результатами, нельзя не отметить тот факт, что для такой технологии прививки необходимо иметь специально оборудованную теплицу, что не всегда возможно и экономически оправдано, особенно когда речь идет не о производственных работах, а о научных. В связи с этим специально для прививок древесных растений-интродуцентов нами была разработана и предложена новая технология для проведения прививочных операций. Как известно температурный фактор - один из главных в процессе срастания прививочных компонентов. Поэтому, для того, чтобы изучить влияние теплового воздействия на область прививки нами был разработан и сконструирован специальный прибор - условно названный ТСП-1 (тепловой стимулятор прививки).
   Коротко о принципиальном действии прибора. Прибор подключается к сети с напряжением 220 вольт. При помощи стандартного трансформатора и стабилизатора напряжения - на выходе подается ток с напряжением 40 вольт, который передается на нагреватели гибкой манжеты через терморегулятор и датчик температур.
   Благодаря тепловым манжетам стабильная температура (от 15 до 25 °С) подается только на область прививки, при этом и подвой и привой могут находиться в состоя

Биологические основы прививки древесных растений

нии глубокого покоя. Время воздействия может быть 10-25 суток, этого достаточно, чтобы клетки тканей, участвующих в регенерационном процессе, под воздействием тепла начали активно делиться и производить на поверхности срезов раневую кал-люсную ткань. Результаты, полученные нами, впечатляющи. Даже компоненты таких, трудных для размножения прививкой культур, как дуб или береза, прекрасно срастались, при этом в качестве привоев использовались целые годичные побеги, а для шаровидной формы клёна остролистного и липы разрезнолистной привоями служили двух-трёх годичные побеги.
   Понятно, что при общепринятых технологиях использование такого привоя практически и теоретически не возможно. При прививке цитрусовых также становится возможным использование в качестве привоя целых веток с листьями и зачаточными плодами, так как весь процесс срастания происходит очень быстро за 5-10 суток, особенно при температуре +20-27 °C.
   Надо отметить, что в наших исследованиях мы использовали гибкие манжеты с температурой от 15 до 27 °C. Нам удалось установить, что при температуре 19-27 °C регенерационно-восстановительный процесс идет почти в 2 раза быстрее, чем при температуре 15-17 °C. Надо особенно подчеркнуть, что контрольные прививки при тех условиях окружающей среды, где проводились эксперименты и при том физиологическом состоянии компонентов обычно не приживаются.
   Проведенные эксперименты дают основание с уверенностью говорить о том, что при помощи разработанного прибора ТСП-1 можно успешно, с целью сохранения коллекционных растений, проводить прививки различных древесных растений. В настоящий момент проводятся работы по техническому совершенствованию прибора. Данный прибор и способ воздействия на зону прививки запатентован. «Способ стимулирования приживаемости прививки» от 22.03.2007г. № 2007110406.