Фракционный состав белков и посевные качества семян пихты сибирской (abies sibirica ledeb) в разных эколого-фитоценотических условиях (стр. 3 )

Рельеф характеризуется наличием возвышенностей и глубоких долин с крутыми склонами. Абсолютные отметки здесь достигают 500 м над уровнем моря (Средняя Сибирь. 269 с.; Атлас Красноярского края и республики Хакасия. 223 с.).

КГУ «Таежинское лесничество» согласно приказу № 68 относится к району южной тайги. В пределах территории лесорастительного района соотношение пород и типологический спектр лесов значительно меняется при движении с севера на юг. В южной части преобладают пихтовые и березовые леса с примесью кедра и ели, в северной части – кедровые и сосновые. Лесничество расположено в южной части лесорастительного района и в нем преобладают пихтовые насаждения разнотравной и зеленомошной групп типов леса производительностью III–IV классов бонитета с полнотами 0.6–0.7. Возобновление под пологом леса идет успешно, однако после рубки или пожара возобновление леса происходит со сменой пород. Климат района расположения лесничества резко континентальный с климатическими факторами, отрицательно влияющими на рост и развитие древесной растительности. По этим причинам происходит гибель лесных культур, вымокание и вымерзание сеянцев. Из благоприятных факторов следует отметить преобладающее количество осадков в теплое время года и значительное наличие солнечной радиации (Средняя Сибирь. 269 с.; Атлас Красноярского края и республики Хакасия. 223 с.).

КГУ «Козульское лесничество» согласно приказу № 68 относится к Среднесибирскому подтаежно-лесостепному району южной тайги. Большая часть территории лесничества отнесена к равнинным лесам. К горным лесам относятся только Курбатовское и бывшее Косачинское участковое лесничество или 20.3 % территории.

Климат района расположения лесничества резко континентальный. Зима начинается рано и энергично. Часты сильные морозы, снега глубокие. Весна обычно продолжительна, заморозки возможны и в конце июня. Лето теплое, но короткое с обильными осадками, особенно в июле и августе. Осенью обычны ранние заморозки (Средняя Сибирь. 269 с.; Атлас Красноярского края и республики Хакасия. 223 с.).

Таблица 2.2 – Таксационная характеристика объектов исследований

№ Пробной площади (ПП)	Положение,˚	Тип леса	Площадь выдела, га	Характеристика древостоя	Характеристика модельных деревьев
состав	возраст, лет	Н, м	D, см	бонитет	полнота	запас на 1га, дес. м³	класс дерева по Крафту	Н, м	D, см
Енисейское лесничество
1	З-15	БГБРЗМ*	18	7П3Б	120	22	24	III	0.7	29	I	26	24
IV	20	22
Таежинское лесничество
1	С-5	РТЗМ*	18	6П2Е1К1Б	110	21	28	III	0.7	23	I	24	24
IV	18	20
Козульское лесничество
1	ЮВ-5	ЗМПКР*	8.7	6П1С3Б	110	22	28	III	0.7	24	I	26	28
II	26	26
III	22	26
IV	20	22
V	18	20
2	С-5	КРПК*	18	7П1К2Б	120	22	26	III	0.5	22	I	26	26
II	24	24
III	22	24
IV	18	22
V	18	20

* - БГБРЗМ – багульниково-бруснично-зеленомошный; РТЗМ – разнотравно-зеленомошный; ЗМПКР – зеленомошно-папоротниково-крупно травный; КРПК – крупнотравно-папоротниковый.

2.2. Методика определения посевных качеств семян пихты сибирской

Для исследования посевных качеств семян (массы, энергии прорастания, лабораторной и потенциальной всхожести, динамики прорастания, длины гипокотиля) были взяты семена пихты сибирской Козульского лесничества с двух пробных площадей, расположенных на юго-восточном и северном склонах (ПП 1 и ПП 2), (табл. 2.2).

Для сбора семян было отобрано по 3 дерева с I-го по V-й классы роста и развития (всего 15 деревьев на каждой пробной площади) в Козульском лесничестве и по 3 дерева I и IV классов роста в Енисейском и Таежинском лесничествах. Первая пробная площадь находится в зеленомошно-папоротниково-крупнотравном пихтаче, вторая – в крупнотравно-папоротниковом. Сбор образцов шишек проводился в конце августа 2010 г.

Известно, что структура кроны пихты сформирована тремя видами побегов: женскими (расположенными в верхней ее части с протяженностью 0.5– 2.1 м), мужскими (средняя часть) и вегетативными (Третьякова пыльцы пихты сибирской в нарушенных лесных экосистемах гор Южной Сибири // Экология. 1994. №6. С. 20–28; Третьякова кроны и состояние генеративной сферы у пихты сибирской в нарушенных лесных экосистемах близ озера Байкал / Изв. РАН. Сер. биол. 1995. № 6. С. 685–692; Белова семян пихты сибирской в лесных экосистемах Восточного Саяна // Хвойные бореальной зоны. Красноярск : СибГТУ. 2007. № 4-5. С. 474–477). Поэтому для выявления влияния эколого-фитоценотических условий, которое характеризуется изменениями в фракционном составе белков семян и их посевных качеств женский генеративный ярус был условно разделен еще на три части, которые в дальнейшем будут приниматься за верхнюю, среднюю и нижнюю части крон (рис. 1.1.). Исключениями являются семена с деревьев IV и V классов роста, так как морфологическое состояние женского яруса и всей кроны в целом у таких деревьев не позволяет получить достаточное количество семян для анализов.

Для определения посевных качеств семена с разных деревьев одного класса развития были объединены в один образец по их положению в кроне (верх, середина, низ женского яруса). Вместе с тем, в Козульском лесничестве семена были отобраны с условно разных участков шишек – верхней, средней и их основания. Полученные образцы семян в зависимости от вариантов исследований были взвешены.

В опытах использовались только полнозернистые семена, исключающие пустые и поврежденные. Для чего был проведен их отбор, который показал в среднем для семян из верхней части генеративного яруса кроны в Енисейском лесничестве 96 % полнозернистых семян, в Таежинском – 93 %, в Козульском – 94 %. Полнозернистые семена, сохранившие посевные качества в дальнейшем называем жизнеспособными, а потерявшие всхожесть – нежизнеспособными.

Для определения посевных качеств семена с разных деревьев одного класса развития были объединены в один образец по их положению в кроне (верх, середина, низ генеративного яруса). Вместе с тем, в Козульском лесничестве для выявления посевных качеств семян в зависимости от их положения в шишке они были отобраны с условно разных ее участков – верхней, средней и основания шишки. Полученные образцы семян в зависимости от вариантов исследований были взвешены в пятикратной повторности по 1000 шт. в каждом варианте.

Определение посевных качеств семян производили по ГОСТу 13056.6-97: проращиванием в течение 7 суток (энергия прорастания), 14 суток (лабораторная всхожесть) и 21 дня (потенциальная всхожесть) в термостате при температуре + 24 0С, которая является оптимальной для прорастания семян хвойных. Проращивание семян производили в чашках Петри на увлажненных фильтрах, по 100 семян в каждом варианте и в 3–5 биологических повторностях, в зависимости от количества собранного материала. Для дезинфекции от микрофлоры семена предварительно замачивали в 0.1 % растворе KMnO4 в течение 2 часов, а чашки Петри и фильтры стерилизовали. Оценка посевных качеств семян в образцах производилась подсчетом количества проросших семян через 7, 14 и 21 сутки проращивания, после чего вычислялся процент проросших семян.

2.3 Методика определения общего, белкового азота и его фракционного состава в семенах пихты сибирской

В семенах пихты сибирской был проведен анализ содержания общего, белкового азота и отдельных его фракций. Для их определения брались по 15 г измельченных жизнеспособных и нежизнеспособных семян, которые промывались концентрированным и охлажденным до – 10 ºС ацетоном до полного вымывания смолянистых веществ и просеивались через сито. Ацетонированные образцы высушивались до абсолютно сухого вещества (а. с.в.) и в дальнейшем хранились в бюксах в холодильнике при температуре + 7–8 0С.

Одна часть из них шла на определение общего азота (по Къельдалю), другая – на определение белкового с осаждением по Барштейну. Затем образцы сжигали по Кьельдалю и определение азота проводили с реактивом Несслера с последующим колориметрированием на фотоколориметре КФК-3 (Ермаков биохимического исследования растений. Ленинград, 19с.).

Определение фракционного состава белкового азота выполнено в 1г исходного образца по методу (Починок биохимического анализа растений. Киев : Наукова думка, 19с.). Для чего производилась экстракция белкового азота соответствующими растворами: 1 – водорастворимые белки – дистиллированная вода (альбумины); 2 – солерастворимые белки – 1М KCl (глобулины); 3 – спирторастворимые белки – 70 % спирт (проламины); 4 – щелочерастворимые белки – 0.2 Н NaOH (глютелины); 5 – нерастворимая фракция белков (труднорастворимые).

Затем, каждая из фракций белкового азота семян осаждалась по Барнштейну с последующим ее колориметрированием на фотоколориметре КФК-3. В дальнейшем, на основании полученных данных по содержанию отдельных форм белкового азота судили о количестве белков в образцах.

Все анализы проводились в 4-х биологических и 4-х химических повторностях. Полученные данные обрабатывались в соответствии с методами вариационной статистики с использованием современных математических методов и прикладной программы MS Excel. Достоверность результатов оценивалась по критерию Стьюдента с уровнем значимости P = 0.05.

Глава 3. Посевные качества семян пихты сибирской в разных эколого-фитоценотических условиях

Одной из актуальных задач лесного хозяйства в настоящее время является сохранение и повышение посевных качеств семян хозяйственно ценных хвойных пород. Проблема повышения всхожести семян всегда привлекала внимание многих исследователей (Благовещенский трудного прорастания семян // Труды Гл. бот. сада АН СССР. 1953. №3. 188 с.; Альтергот созреванием семени путем регулирования химическими средствами старения листа. Новосибирск, 19с.; Ахметов пихты сибирской и ели тянь-шанской в Джунгарском Алатау // Тр. Каз. с.-х. ин-та. 1968. Вып.11. С. 211–218; Плаксина самоопыления на качество семян пихты сибирской // Изв. Сиб. отд. АН СССР. Сер. биол.- мед. Наук. 1968. №10. вып.2. С.74–77; , Плодоношение пихты сибирской. 139 с.; Николаева семян ясеня обыкновенного различного географического происхождения // Ботанический журнал. 1978. Т.63. С. 1155–1167; Короткий температурного режима на поглощение воды в прорастающих семенах лиственниц Гмелина и сибирской. С. 53–57; Садилова азота и посевные качества семян хвойных пород Сибири // Сибирский экологический журнал. 2007. № 1. С. 13–17), но особо актуальна она стала в последние годы в связи с широким использованием биологами-растениеводами достижений химии и физики. Выявлены возможности улучшения посевных качеств семян путем воздействия на них ростовыми веществами, витаминами и другими физико-химическими способами. Знание посевных качеств семян обеспечивает научное обоснование методики их отбора с лучшими показателями и способствует выявлению путей их адаптации к неблагоприятным экологическим условиям.

Для исследования посевных качеств семян пихты (массы, энергии прорастания, лабораторной и потенциальной всхожести, динамики прорастания семян, длины гипокотиля) в зависимости от экологических условий, структуры древостоев по степени роста и развития деревьев и морфоструктуры генеративной части их крон, производился сбор семян на двух пробных площадях Козульского лесничества (табл. 2.2).

3.1. Влияние эколого-фитоценотических условий на посевные качества семян

Лесовосстановление хвойных пород в горах Сибири, помимо наличия жизнеспособных семян, лимитируется условиями их прорастания и последующего развития самосева (Поликарпов и горные леса Южной Сибири. Новосибирск: Наука, 19с.). Динамика прорастания семян, собранных в различных типах леса, различается и зависит от условий их созревания. Жизнеспособность семян ухудшается с увеличением высоты над уровнем моря. Наиболее высококачественные семена формируются в оптимальных условиях произрастания пихты – в долинах рек. Очевидно, микроклиматические условия имеют большое значение для формирования семян пихты и их посевных качеств (Белова семян пихты сибирской в лесных экосистемах Восточного Саяна // Хвойные бореальной зоны. Красноярск : СибГТУ. 2007. № 4-5. С. 474).

Изучение посевных качеств семян пихты проводилось по описанной ранее методике. Масса семян в зависимости от местоположения и класса роста и развития дерева сильно варьировала (рис. 3.1). Так, масса семян на первой пробной площади (юго-восточный склон) у деревьев I - III классов роста (по Крафту) оказалась выше, чем у деревьев IV - V классов. Это можно объяснить наличием лучших экологических условий, то есть большего количества света и тепла, которое получили семена, расположенные на деревьях первых классов роста.

А

Б

Класс деревьев по Крафту

Рисунок 3.1 – Масса семян пихты сибирской в зависимости от класса роста и развития дерева на первой (А) и второй (Б) пробной площади: 1 – верхняя, 2 – средняя, 3 – нижняя часть генеративного яруса кроны

На первой пробной площади масса семян пихты сибирской у деревьев I класса Крафта в верхней части генеративного яруса кроны достигает 11.63 г, а у V – почти в 3 раза меньше и равна 3.99 г. Что касается второй пробной площади, то здесь она ниже, чем на ПП 1, и у деревьев I класса роста в верхней части составляет 10.32 г, а у деревьев V класса – 3.96 г (рис. 3.1).

При оценке достоверности различий массы семян в пределах генеративной части кроны установлено, что в большинстве вариантов между семенами из верхней и средней частей генеративного яруса крон деревьев одного класса роста различия не достоверны, в то время как между семенами из верхней и нижней частей – достоверны (приложения 1 и 2). Различия же между массой семян из верхних частей разных классов роста оказались достоверны во всех вариантах. Различия в массе семян оказались достоверными и между пробными площадями. Исключением являются лишь семена с верхних частей крон деревьев I, III, IV и V классов роста.

Следующим этапом по изучению посевных качеств семян является определение энергии прорастания лабораторной и потенциальной всхожести (рис. 3.2).

Экологические условия произрастания древостоя оказывают большое влияние на прорастание семян, связанное с запасом веществ в семенах и их соотношением, что, в конечном счете, отражается на скорости прорастания (Короткий температурного режима на поглощение воды в прорастающих семенах лиственниц Гмелина и сибирской // Лесоведение. 2002. № 5. С. 53–57). Вероятно поэтому семена пихты, расположенные на юго-восточном склоне при проращивании в лабораторных условиях, имеют лучшие показатели всхожести по сравнению с семенами с северного склона (ПП 2).

Выявленные результаты согласуются с полученными ранее и др. Авторы отмечают, что на южных склонах большая часть радиационного баланса расходуется на нагревание подстилающей поверхности, тогда как северные склоны и их горизонтальная поверхность прогреваются меньше, а основная часть тепла расходуется на испарение.

А

Б

Класс деревьев по Крафту

Рисунок 3.2 – Посевные качества семян пихты сибирской в среднем по дереву на первой (А) и второй (Б) пробных площадях: 1 - энергия прорастания, 2 - лабораторная всхожесть, 3 - потенциальная всхожесть семян, %.

Авторами выдвинуто предположение о том, что менее благоприятные для пихты условия произрастания на склонах северной экспозиции способствуют ее усыханию вследствие потери влаги, что, в конечном счете, сказывается на общем состоянии древостоев (Третьякова пихтово-кедровых лесов природного парка «Ергаки» и их флуоресцентная диагностика // Хвойные бореальной зоны, 2008, № 3–4. С. 237–243).

Максимальное значение энергии прорастания отмечено у семян деревьев первого класса Крафта и составляет на ПП 1 27.4 %, а ПП 2 – 23 %. Минимальное значение энергии прорастания на обеих пробных площадях отмечено у деревьев V класса роста. Показатели лабораторной всхожести у семян деревьев I класса роста на ПП 1 оказались максимальными и составили 37.6 %, тогда как на ПП 2 этот показатель всхожести составил лишь 27.4 %. Подобными оказались данные, полученные и для потенциальной всхожести семян.

Выявлено, что лабораторная всхожесть семян на первой пробной площади у деревьев разного класса роста зависит и от их местоположения в женском генеративном ярусе кроны и шишке (рис. 3.3). Установлено, что наибольшей всхожестью обладают семена, расположенные в средней части шишки и верхней части генеративного яруса кроны. Так, максимальное значение лабораторной всхожести семян выявлено у деревьев I класса роста и составляет 48.5 %, для IV класса максимум взошедших семян отмечен в средней части шишки и верхней части кроны.

При оценке достоверности различий лабораторной всхожести семян в пределах генеративной части кроны выявлено, что в большинстве вариантов между семенами из верхней и средней частей одного класса роста различия не достоверны (приложение 3).