НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

національний ботанічний сад

ім. М. М. Гришка

Іванніков Роман Вікторович

УДК 581.143.6:635.918:635.965.287:518.14

БІОЛОГІЯ РОЗВИТКУ ВИДІВ РОДУ Laelia Lindl.

(Orchidaceae Juss.) В УМОВАХ ОРАНЖЕРЕЙНОЇ

КУЛЬТУРИ ТА КУЛЬТУРИ in vitro.

03.00.05 - ботаніка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на базі відділу тропічних і субтропічних рослин Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України.

Науковий керівник:

чл.- кор. НАН України, доктор біологічних

наук, професор

директор НБС ім. М.М.Гришка НАН України,

Черевченко Тетяна Михайлівна

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук,

старший науковий співробітник

Зиман Світлана Миколаївна

Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України

Головний науковий співробітник

кандидат біологічних наук,

старший науковий співробітник,

Гапоненко Микола Борисович

Національний ботанічний сад

ім. М.М. Гришка НАН України

відділ природної флори

Провідна установа:

Київський національний університет

ім. Тараса Шевченка,

Ботанічний сад ім. акад. О. В. Фоміна

Кабінет Міністрів України , м. Київ

Захист дисертації відбудеться 20 квітня 2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради К 26.215.01 для захисту дисертацій на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук при Національному ботанічному саду ім. М.М. Гришка НАН України за адресою:

01014, м. Київ, вул. Тимирязєвська, 1.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного ботанічного саду

ім. М. М. Гришка НАН України (01014, м. Київ, вул. Тимирязєвська, 1).

Автореферат розісланий 18 березня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук О.М. Горєлов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Антропогенний вплив призвів до глобальної трансформації навколишнього середовища. Екологічні наслідки техногенезу вийшли за регіональні і державні кордони та стали потужним ландшафтоутворюючим і геополітичним фактором. Антропогенна дестабілізація природних угруповань рослин викликала порушення фітоценозів, зменшення біологічного різноманіття і зникнення окремих видів.

В даний час особливої актуальності набувають розробки пов`язані із збереженням видового та генетичного різноманіття природної флори шляхом інтродукції. В першу чергу необхідне детальне дослідження екосистем для подальшого вивчення їх як модельних об'єктів з керованими параметрами та створення колекцій рідкісних і зникаючих видів рослин у ботанічних садах чи інших закладах ботанічної спрямованості (Белоусова Л. С., Денисова Л. В., Никитина С. В., 1986).

У зв`язку з цим для наших досліджень були відібрані види роду Laelia Lindl. (L.sincorana Schltr., L. lundii Rchb. f. et Warm., L. purpurata Lindl. та L. lobata (Lindl.) Veitch.), які у природі є рідкісними або зникаючими. Завдяки своєрідній біології, високій декоративності суцвіть, тривалому періоду цвітіння досліджувані види є одними з найбільш перспективних культур для промислового квітникарства, а також як вихідний селекційний матеріал для створення нових сортів гібридних леліокатлей. Широке впровадження цих видів у квітникарські господарства України стримується відсутністю відомостей про процеси їх росту та розвитку в умовах помірної зони.

Недостатньо впорядкованою є система класифікації роду Laelia Lindl., дискусійним також залишається і статус деяких видів в ієрархічній будові роду (Withner C.L., 1990).

Аналіз еколого-географічних умов природного ареалу видів роду Laelia Lindl., дослідження особливостей формування морфоструктур в онтогенезі в умовах оранжерей та в культурі in vitro, а також вивчення фізіологічних аспектів продуктивності і функціональної стійкості під впливом факторів зовнішнього середовища дозволить визначити шляхи цілеспрямованої дії на рослини з метою досягнення максимальної продуктивності цвітіння.

Для цього необхідно визначити біологічні ритми росту та розвитку видів роду Laelia Lindl. в умовах оранжерейної культури, провести порівняльні анатомічні та фізіологічні дослідження, вивчити особливості їх морфологічної будови, розробити методи масового розмноження.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відділі тропічних і субтропічних рослин НБС ім. М.М. Гришка НАНУ у відповідності з напрямком науково-дослідних робіт Ботанічного Саду, зокрема з темою "Особливості морфогенезу тропічних і субтропічних рослин в умовах інтродукції." (№ державної реєстрації 0197 U 001265).

Мета та завдання досліджень. З`ясування актуальних теоретичних і практичних питань, що стосуються дослідження біоморфологічних особливостей видів роду Laelia Lindl. в умовах культури in vitro і закритого ґрунту та розробка технологічного регламенту їх культивування з пошуком шляхів підвищення адаптаційної здатності рослин при переведенні їх з культури in vitro в умови оранжерей визначили мету і спрямованість дисертаційної роботи.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

· на основі літературних джерел провести еколого-географічний аналіз

природних ареалів L. sincorana, L. lundii, L. purpurata та L. lobata;

· дослідити ритми росту і розвитку видів роду Laelia Lindl. в умовах закритого

ґрунту;

· вивчити особливості морфологічної будови генеративно зрілих рослин;

· ввести в культуру in vitro досліджувані види;

· підібрати живильні середовища та режими вирощування сіянців у стерильних

умовах;

· дослідити основні етапи онтоморфогенезу видів роду Laelia Lindl. в умовах

стерильної культури;

· провести порівняльний кількісно-анатомічний аналіз будови листової

пластинки дослідних рослин;

· розробити прийоми культивування сіянців в період перенесення їх із культури

in vitro в умови закритого ґрунту.

Наукова новизна досліджень. Нами вперше досліджені біологічні ритми видів роду Laelia Lindl. в умовах закритого ґрунту помірної зони, описана морфологічна будова L. sincorana та L. lobata. Експериментально підібрані живильні середовища та умови культивування сіянців досліджуваних видів. Проведено порівняльний аналіз анатомічних, морфологічних даних та біологічних особливостей вирощування видів роду Laelia Lindl. в умовах закритого ґрунту. Вивчено онтоморфогенез L. sincorana, L. lundii, L. purpurata та L. lobata в культурі in vitro. Розроблена технологія культивування сіянців та визначені шляхи підвищення адаптаційної здатності рослин при переведенні їх із стерильної культури в умови оранжерей.

Практичне значення одержаних результатів. На основі вивчення біологічних особливостей чотирьох видів роду Laelia Lindl. розроблені рекомендації по догляду за ними. Відпрацьована система мінерального живлення рослин з урахуванням їх біології та мікроклімату культиваційних приміщень. Проведені дослідження дозволили відібрати серед видів, що вивчались, найбільш перспективні, які можуть бути використані для оздоблення інтер`єрів житлових і громадських приміщень, а також для впровадження у квітникарські господарства України. Отримані дані можуть бути застосовані для визначення ієрархічної структури в систематиці роду Laelia Lindl..

Особистий внесок пошукача. Автор є одним з основних виконавців на всіх етапах досліджень: при зборі матеріалів, проведенні аналізів, обробці експериментальних даних і підготовці їх до друку. Дослідження з фенології, морфології, анатомії, біохімії та ґрунтознавства наведені у дисертації є оригінальними. Список друкованих праць за темою дисертації наведено в кінці автореферату.

Апробація роботи. Результати досліджень, основні положення та висновки дисертації доповідались та обговорювались на засіданнях відділу тропічних та субтропічних рослин Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України, міжнародних наукових конференціях - "Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі" (Львів, 1998); "Вивчення онтогенезу рослин природних та культурних флор у ботанічних закладах і дендропарках Євразії" (Біла Церква, 1999); "Інтродукція та збереження рослинного різноманіття" (Київ, 1999); "Охорона та культивування орхідей" (Київ, 1999); І Міжнародна наукова конференція молодих дослідників "Теоретичні та прикладні аспекти інтродукції рослин та зеленого будівництва" (Київ, 2000); Міжнародна наукова конференція "Проблемы цветоводства и декоративного садоводства" (Ялта, ННЦ НБС - 2000). Під час написання дисертації автор пройшов місячний курс стажування на кафедрі фізіології рослин в лабораторії росту та розвитку рослин Московського державного університету.

Публікації. Основний зміст дисертації висвітлено у 10 друкованих роботах, в тому числі 6 статей у фахових наукових виданнях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 6 розділів, узагальнень та висновків, списку цитованої літератури, що включає 195 найменувань, з яких 65 належать іноземним авторам. Дисертація викладена на 154 сторінках машинописного тексту і містить 70 рисунків та 11 таблиць.

Основний зміст роботи

Розділ 1. 1.1. Класифікація роду Laelia Lindl.. Систематичне положення досліджуваних видів.

В даному підрозділі наведено огляд літературних даних щодо ботанічного опису перших видів роду Laelia Lindl. та становлення і розвитку системи класифікації цього роду тропічних орхідей як самостійної таксономічної одиниці. В історичному аспекті викладено погляди ряду провідних ботаніків стосовно кількісного та якісного складу даного роду. Подано одну з останніх класифікацій, якої ми і дотримувались в нашій роботі. Показано, що ієрархічне формування таксонів роду Laelia Lindl. до тепер перебуває “у розвитку”, так як рід постійно поповнюється новими видами, окремі з яких відомі лише за кількома екземплярами.

I.2. Біологічні особливості досліджуваних видів та специфіка екологічних факторів які їх обумовлюють. Узагальнено доступні літературні дані, що стосуються особливостей біології та екології досліджуваних видів. Проаналізовано напруженість основних кліматичних характеристик, які властиві для ареалів видів Laelia Lindl. в різні пори року.

1.3. Морфогенез в культурі in vitro. Постасептичне культивування. Показано, що існуючий фактичний матеріал щодо особливостей стерильної культури досліджуваних видів практично відсутній. На сьогоднішній день, у доступній нам літературі, ми не зустріли робіт які б стосувалися питань клонального чи насіннєвого розмноження видів роду Laelia Lindl.. Окремі аспекти цієї проблеми розроблені для близьких в систематичному плані родів (Cattleya Lindl.) та міжродових гібридів (Laeliocattleya).

Встановлено, що методичні рекомендації стосовно постасептичного культивування орхідей розроблені тільки в загальних рисах для основних промислових культур. У доступній нам літературі конкретна інформація щодо цього етапу вирощування сіянців також відсутня.

Розділ 2. Об`єкти, умови та методи проведення дослідів.

Як об`єкти досліджень було обрано чотири види з роду Laelia Lindl.: L. lobata (Lindl.) Veitch., L. lundii Rchb. f. et Warm., L. purpurata Lindl., L. sincorana Schltr.. Рослини вирощували в умовах пасивного (у теплиці) і активного (у культуральному приміщенні та кліматичній камері) експерименту.

Освітлення в оранжереях - природне, без штучного досвічування. З квітня по жовтень проводилося притінення оранжерей на 40 - 60 %. Температура підтримувалась в залежності від сезону в межах 20 - 350 С, вологість повітря 80-95 %.

Активний експеримент по переведенню рослини з культури in vitro в умови оранжерей проводився у спроектованій дисертантом кліматичній камері з фіксованими параметрами освітленості, довжини світлового дня, температури, вологості повітря. Інтенсивність освітленості в камері підтримувалась в межах 3000 лк, довжина світлового дня становила 12 годин, температура 22 - 240 С, вологість повітря 70 - 95%. В експерименті використовувались люмінесцентні лампи марки 40ЛБ, 40ЛД.

При проведенні досліджень в умовах культури in vitro рослини вирощувались в колбах об`ємом 250 мл у культуральному приміщенні на скляних стелажах при штучному освітленні інтенсивністю 2000 лк, фотоперіоді 16 год., температурі 22-260С, вологості повітря 70%. Сіянці культивували на твердих, агаризованих середовищах, основу яких складали прописи Мурасіге - Скуга, Кнудсона, Гамборга, Пірика. Спостереження за ходом морфогенезу досліджуваних видів проводили за допомогою мікроскопа МБC - 9. Документальне фіксування етапів росту і розвитку проводили шляхом фотографування (фотоапарат "Зеніт ЕТ", окуляр мікроскопа х 14,5) та замальовок.

При виготовленні постійних препаратів була застосована методика З.П.Паушевої (Паушева З.П., 1988); для фіксації об`єктів використовували спиртовий фіксатор Чемберлена. Подальші дослідження та фотографування ультратонких зрізів проводили за допомогою мікроскопа МБІ-15.

Фенологічні спостереження проводили з урахуванням біологічних ритмів досліджуваних видів за класичними фенологічними методиками (Скрипчинский В.В., 1972; Лапин Г.Ф., 1980). Модельні рослини спостерігали на протязі трьох років: в період проростання насіння-щоденно; у фазі проростку - один раз на тиждень, у подальшому - два рази на місяць. Фенологічні спостереження генеративно зрілих рослин в умовах оранжерей здійснювали щомісячно, а в період квітування 3-4 рази на місяць.

Для характеристики вегетативної та генеративної сфери ми використовували систему О.С. Смирнової (Смирнова Е.С., 1990).

Фізико-хімічні властивості субстратів визначали традиційними для ґрунтознавства методами фізичного аналізу (Кауричев И.С., 1980).

Підрахунок кількості хлоропластів в клітині, кількості клітин в 1мм2 тканин мезофілу, будову та розташування продихового апарату вивчали за допомогою мікроскопу МБІ - 15. Вивчення насіння проводили за допомогою растрового електронного мікроскопа - мікроаналізатора РЕММА - 102. Термічне напилення об`єктів здійснювали у вакуумі вуглецем та міддю.

Вміст фотосинтетичних пігментів визначали спектрофотометричним методом з використанням спектрофотометра СФ-2 за методикою Х.Н. Починка (Починок Х.Н., 1976). Виміри здійснювали при довжині хвилі 440 (каротиноїди), 644 і 662 нм (хлорофіли). Екстракцію пігментів проводили 90% - м ацетоном. Вміст фотосинтетичних пігментів виражали в міліграмах на 100 г сирої речовини.

Результати досліджень обробляли за допомогою стандартних статистичних методів (Зайцев Н.Г., 1984).

РОЗДІЛ 3. Морфологічна будова досліджуваних видів.

При інтродукції тропічних орхідних, особливого значення набуває вивчення морфологічної будови пагонової системи, оскільки формування типової вегетативної сфери є чітким критерієм адекватності умов в яких інтродуценти утримуються в оранжереях, умовам in situ, та запорукою майбутнього повноцінного квітування і плодоношення.

Для опису морфології пагонової системи ми використовували методику морфологічних досліджень, яка була розроблена О.С. Смирновою (1990). В методиці пропонується системний підхід для характеристики морфологічної будови орхідних, який дає можливість чітко визначити морфологічну будову будь-якого виду орхідей.

В результаті проведених морфологічних досліджень представників роду Laelia Lindl, згідно методики, нами були визначені три основні комплекси морфологічних ознак: форма росту, тип будови пагонової системи та склад листової серії (формули 1 - 4).

Виявлено, що у дослідних видів Laelia Lindl. спостерігається значна різниця у будові вегетативної сфери в залежності від форми росту та типу пагонових структур (Рис. 1.,3.,5.,7.). З дванадцяти форм росту, що запропоновані у методиці, у дослідних видів можна зустріти лише дві – дев`яту та десяту (ІХ, Х).

Генеративна сфера характеризується також трьома ознаками, оскільки можна виділити три типи брактей - низові криючі брактеї, серединні брактеї та брактеї з пазух яких розвиваються власне генеративні бруньки (Рис. 2.,4.,6.,8.).

Слід зазначити, що формули, які описують морфологічну будову L. sincorana та L. lobata були визначені нами вперше. Формула, яка складена для L. purpurata, частково не співпадає з даними автора методики. Ми виявили, що у кореневищній частині цього виду орхідей може бути присутній ще один несправжній листок. Дані стосовно морфологічній будові L. lundii повністю співпадають з результатами наведеними О.С. Смирновою. Крім того, вперше виявлено двояке розміщення квітконоса на псевдобульбі L. lundii. Він може бути розташований як термінально, так і субтермінально, тоді як у L. purpurata, L. sincorana та L. lobata він займає строго термінальне положення.

Морфологічні дослідження показали, що у переважної більшості видів, брунька поновлення наступного року закладається в ході росту пагона поточного року, тобто за рік до початку свого активного розвитку. Виключення (за строками) становить лише L. sincorana, у якої ми спостерігали два прирости на рік, тобто у неї цей процес може відбуватися удвічі швидше.

Що стосується локалізації листків різних формацій на вегетативному пагоні, то слід відмітити, що низові лускоподібні листки розташовуються на плагіотропній ділянці кореневищної основи, низові піхвові - на плагіотропній, ортотропній ділянках

та на ділянці повороту, а справжні асимілюючі листки - виключно на ортотропній частині пагону - термінальній ділянці псевдобульби.

Корені досліджуваних видів мають типову для всіх епіфітних орхідей будову і рівномірно (по 1 - 3 на міжвузлі) розташовуються на кореневищній частині пагона.

Плоди у досліджуваних видів – типові для більшості орхідних шестигранні коробочки зеленого кольору, діаметром до 30 мм (L. lobata). Довжина коробочок варіює від 30 до 65 мм. Коробочка з насінням може важити до 19 г. На коробочці, що дозріла, у більшості видів зберігаються залишки оцвітини. Виключення становить лише L. lundii. Насіння у всіх видів дрібне, за формою та будовою типове для всіх Orchidaceae Juss., забарвлене у світлі кольори.

Таким чином, системний підхід, що був нами застосований при вивченні вегетативної та генеративної сфер видів роду Laelia Lindl. дав змогу узагальнити отримані результати у вигляді наступних формул:

Laelia lobata -

(1)

Laelia lundii -

(2)

Laelia purpurata -

(3)

Laelia sincorana -

(4)

РОЗДІЛ 4. Річні ритми росту та розвитку видів Laelia Lindl. в умовах оранжерейної культури.

Умови природних місць зростання досліджуваних видів визначають їх біологічні ритми при культивуванні в оранжереях. Практика інтродукції тропічних і субтропічних рослин в оранжереї помірної зони показала, що при перенесенні рослин у штучні умови мають місце два типи реакцій - збереження нормального циклу розвитку або порушення його в різних частинах ланцюгу. В останньому випадку часто відбувається зміна біологічних ритмів розвитку, спостерігається зсув строків закладки репродуктивних органів, може випадати генеративна фаза, в результаті чого культура підтримується виключно шляхом вегетативного розмноження (Демидов С.А., Коровин С.Е., 1987).

В результаті проведених робіт нами було встановлено, що у досліджуваних видів орхідей завдяки певним кліматичним умовам, що склалися в місцях їх природного зростання, сформувались специфічні ритми розвитку пагонів, а саме: чітке чергування періодів росту та спокою (Рис. 9).

Схема відростання молодого пагону для всіх видів (за виключенням L. lundii) практично однакова. Умовно в ній можна виділити такі етапи: закладка резервної бруньки поновлення, її пробудження, активний ріст і формування вегетативно-генеративного пагону, квітування, плодоношення та спокій. Подібний поділ дещо умовний, оскільки перераховані вище етапи можуть зсуватися у часі, окремі з них можуть накладатися або взагалі випадати з річного циклу розвитку.

Серед досліджуваних таксонів можна виділити дві групи видів, які відрізняються за ритмами розвитку пагонів. Так, у L. lundii генеративновипереджуючий тип розвитку - першими розвиваються квітки суцвіття, яке розташовується на недорозвиненому пагоні як термінально, так і субтермінально. У решти видів (L. purpurata, L. lobata, L. sincorana) вегетативновипереджуючий тип розвитку - спочатку повністю формується вегетативна частина ЕОС, і лише потім рослина вступає у флоральну фазу розвитку. Ріст та формування вегетативної частини у таких видів спостерігається лише до утворення суцвіття. У подальшому відбувається ріст суцвіття, квітування та плодоношення.

За кількістю сформованих на рік пагонів досліджувані види можна також умовно поділити на дві групи. Так, L. lobata та L. purpurata мають найбільш типовий річний цикл розвитку. За рік у рослин цих видів відростає по одному пагону, на відміну від L. sincorana та L. lundii, у яких, в залежності від умов, може формуватися один – два прирости. Пагони L. sincorana відростають послідовно один за одним, тоді як пагони L. lundii відростають в різних частинах пагонової системи. Подібні схеми наростання пагонової системи можна розглядати як особливе пристосуванням до умов оточуючого середовища, яке в кінцевому результаті сприяє розмноженню та поширенню конкретного виду, захопленню ним нових, придатних для існування територій.

Нами доведено, що внутрішньобрунькова фаза розвитку кожного пагону триває не менше двох років: перший рік - коли, внаслідок росту листового примордію низового листка бруньки, в його пазусі закладаються зачатки дочірньої бруньки поновлення; другий рік - коли, паралельно розвитку материнської бруньки на черговому пагоні поновлення, остаточно формується брунька поновлення наступного року. Виключення становить лише L. sincorana, у якої за рік може послідовно відростати два пагони. В цьому випадку внутрішньобрунькова фаза розвитку такого пагону триває один рік.

У всіх видів, що досліджувались (за виключенням L. lundii), апікальна меристема пагону генеративна.

Підсумовуючи вищевикладене можна стверджувати, що види Laelia Lindl. в умовах оранжерейної культури НБС НАНУ практично без змін зберігають ритми росту та розвитку, які властиві їм in situ (Табл.1). Початок росту в умовах оранжерей припадає на кінець холодного, сухого сезону, коли спостерігається підвищення

середньодобової температури, кількості опадів та вологості повітря. Завершення росту та визрівання псевдобульб співпадає з початком - серединою холодного сезону. Середня температура у різні пори року на території ареалів досліджуваних видів коливається несуттєво, тому цикли розвитку в більшій мірі залежать від висоти над рівнем моря та вологості повітря.

Таблиця 1. Періоди квітування досліджуваних видів у природі та в умовах

оранжерейної культури (www.vengers.com).

Вид Бразилія (штат) Період цвітіння (in situ) Період цвітіння (in vivo)

L. lobata (Lindl.) Veitch. Ріо – де - Жанейро травень - червень квітень - червень

L. lundii Rchb. f. et Warm. Сан - Пауло, Парана, Гойяс, Мато Гроссо січень січень - лютий

L. purpurata Lindl. Сан - Пауло, Санта Катар, Рио - Гранде, квітень - червень квітень

L. sincorana Schltr. Байя травень - серпень квітень - травень,

Слід зазначити, що у видів Laelia Lindl., як у рослин, які поновлюються завдяки базисимподіальному наростанню кореневища, подібний спосіб формування вегетативної сфери є основним, а іноді, єдиним шляхом росту та поновлення системи вегетуючих пагонів.

Результати проведених досліджень не тільки доповнюють наші знання про закономірності онтогенезу у орхідних, але безумовно, мають і прикладне значення (при виборі експлантату для розмноження мікроклональним методом; при створенні оптимального режиму утримання колекцій).

РОЗДІЛ 5. Морфогенез досліджуваних видів в культурі in vitro.

Глибока спеціалізація орхідей у деякій мірі компенсується гетерогенністю ювенільної популяції та великою кількістю насіння, яке у досліджуваних видів, як і у всіх Orchidaceae Juss, дрібне, іноді неправильної форми. Зародок знаходиться у центральній частині насінини і має овальну форму. Зазвичай у кожній насінині розташований один зародок. Насіння з двома зародками нами не виявлено.

При аналізі морфологічної будови насіння досліджуваних видів ми не встановили суттєвих відмінностей які б чітко свідчили про приналежність до того чи іншого виду, або таких, які б дозволили констатувати різницю в умовах існування та розповсюдження у природі.

Статеве відтворення видів роду Laelia Lindl. в процесі ембріогенезу, типове для більшості представників орхідних і завершується утворенням зародка з редукованими органами, подальший розвиток якого відбувається з метаморфозом.

Морфогенез всіх видів в асептичних умовах відбувається ідентично. Відрізняються лише строки диференціації, закладки, росту та розвитку тих чи інших органів, їх форма та колір.

Культивування видів Laelia Lindl. в стерильних умовах показало наявність в системі їх статевого розмноження своєрідного утворення, що дістало назву “протокорм”. Ми розглядаємо протокорм як певну перехідну структуру між зародком та ювенільною рослиною. Отже, в процесі статевого розмноження рослин вже на самих початкових етапах постнасіннєвого розвитку відбувається зміна шляхів морфогенезу (ембріогенеза - гемморізогенезом).

Аналіз літературних даних по ембріогенезу вищих рослин та власні спостереження за морфогенезом видів Laelia Lindl. в умовах культури in vitro, дозволили нам погодитися з думкою, яка висловлювалась рядом авторів (Батыгина Т.Б., Бутенко Р.Г., 1981; Батыгина Т.Б., Васильева В. Е., 1983; Черевченко Т.М., 1985; Батыгина Т.Б., Андронова Е.В., 1986; Батыгина Т.Б., Красников Л.Г., 1997; Терёхин ?.С., 1997; та ін.) про те, що апікальна частина зародку, може бути прирівняна до апікальної меристеми пагону.

Форма протокорма (- проростка) – це досить специфічна ознака (Рис. 10). На нашу думку, однією з багатьох причин, які можуть обумовлювати цей факт, є особливості екологічного оточення досліджуваних видів. Хоча, звичайно, тут діє цілий комплекс як ендогенних, так і екзогенних факторів. Розуміючи всю складність цього питання ми дозволили собі висловити наступне припущення: представники видів L. lobata, L. purpurata та L. sincorana - епіфіти. Їх насіння, після дозрівання, висипається із коробочки і потрапляє в щілини кори дерев, на яких вони зростають. Таким чином, на початкових етапах розвитку одна з багатьох функцій протокорму полягає в тому, щоб закріпитися у субстраті, щоб протокорм не був знесений або ушкоджений зливами, вітром чи будь якими іншими чинниками навколишнього середовища. Це може бути забезпечено шляхом заповнення тілом самого протокорма тих нерівностей поверхні, де опинилася насінина. Виходячи з вищесказаного стає зрозумілим, чому протокорми цих видів мають саме сферичну форму.

L. lundii, навпаки, зустрічається переважно як літофіт і мешкає у підліску, тому і стратегія розвитку на початкових етапах онтогенезу у цього виду дещо інша. Можна припустити, що для насіння L. lundii, в процесі його проростання в природних умовах, як лімітуючий фактор виступає освітленість. Висипаючись з коробочок, воно потрапляє у товщу рихлої лісової підстилки. Цим, можливо і пояснюється витягнута форма протокормів цього виду.

Інколи, протокорми L. lobata, L. purpurata, L. sincorana мають на поверхні велику кількість складок (- “грибоподібні” протокорми). Така форма їх тіла, на нашу думку, може слугувати захистом від надмірного пересихання. Крім того, на тілі типового протокорма зазвичай формується лише один - два термінальні центри, в той час як на грибоподібних протокормах закладається (на різних етапах) два і більше центрів росту, з яких розвивається більша кількість проростків.

Кожен листок по мірі росту диференціюється на піхвову частину і листову пластинку, яка у перших листоподібних органів проростка усіх чотирьох видів недорозвинена.

Сіянці Laelia Lindl. в культурі in vitro проходять складний шлях розвитку. В окремих випадках пагін першого порядку одноосібно може розвиватися до таких розмірів, коли рослину потрібно вже переводити до нестерильної культури. Але частіше, на сіянці до висадки у субстрат розвиваються пагони другого і навіть третього порядку. В той же час, нами відмічені випадки складного супідрядного розвитку апікальної та пазушних меристем. Крім того, встановлено, що протокорми L. lobata, L. purpurata, L. sincorana в стерильних умовах можуть брунькуватися, тобто утворювати вторинні протокорми. Таким чином, вже на стадії протокорма у досліджуваних видів можна спостерігати своєрідний варіант вегетативного розмноження.

Рис. 10 Типові проростки досліджуваних видів на етапі формування другого листка.

1 – L. sincorana Schltr., L. lobata (Lindl.) Veitch., L. purpurata Lindl.; 2 – L. lundii Rchb. f. et Warm..

Нами вперше показано, що у ювенільних рослин L. lundii в пазухах термінальних листків розташовуються резервні бруньки поновлення, з яких в майбутньому розвиваються окремі рослини. Характерно, що у генеративно зрілих екземплярів цього виду подібні бруньки не виявлені. В оранжерейних умовах ми ніколи не спостерігали у L. lundii такого способу розмноження. Подібний факт може свідчити про надійність та різноплановість у системі відтворення орхідних.

Доведено, що вже на ранніх етапах розвитку, сіянцям Laelia Lindl. притаманний тип будови, характерний для дорослих особин: метамерність, наявність пазухових бруньок, формування потовщеного стебла - псевдобульби.

Серед загального числа сіянців зустрічається певна частина рослин з морфологічними відхиленнями, що підтверджує складну гетерозиготну природу геному орхідей, яка особливо чітко проявляється при їх насіннєвому розмноженні. В свою чергу, сіянці з морфологічними відхиленнями можуть стати цінною першоосновою для селекційної роботи.

При порівняльному вивченні розвитку сіянців в культурі in vitro на різних живильних середовищах було виявлено різницю в їх ростових потенціях.

Так, сіянці L. lundii задовільно розвиваються виключно на модифікованих середовищах MS. Для L. lobata та L. purpurata на останніх етапах розвитку бажано культивування на середовищах, що містять гомогенат банана. Для L. sincorana також придатні ці середовища.

Отримані нами результати свідчать, по-перше, про невисоку вибагливість рослин до вмісту макро- і мікроелементів у живильному середовищі (на фоні наявності інших необхідних компонентів), а по друге - про наявність у гомогенаті банану всіх необхідних солей. Можна також припустити, що гомогенат банану містить такий баланс фітогормонів, який забезпечує нормальний розвиток цієї культури.

Звичайно, що в промислових умовах, недоцільно і нераціонально використовувати гомогенат банана (чи його витяжку) для мікророзмноження. Але в нашому випадку, коли мова іде про збереження рідкісних ендемічних видів та одержання кількох тисяч екземплярів для культивування і поновлення колекційного фонду, ці затрати цілком виправдані. У подальшому, при необхідності розмноження L. sincorana у промислових умовах можна рекомендувати спробувати вітчизняний дешевий органічний додаток (наприклад, картопляний, морквяний чи бурячний соки).

РОЗДІЛ 6. Постасептичне культивування сіянців орхідей роду Laelia Lindl..

У вітчизняній та світовій літературі накопичено достатній досвід по клональному та насіннєвому розмноженню тропічних і субтропічних орхідних в умовах культури in vitro, але практично повністю відсутні відомості стосовно пошуку шляхів підвищення адаптаційної здатності сіянців і рослин-регенерантів при перенесенні їх із стерильних умов в умови автотрофного живлення.

Як зазначалося, проведені дослідження виявили суттєву різницю у кліматичних умовах на території ареалів чотирьох видів роду Laelia Lindl.. Наприклад, найбільша кількість опадів випадає на території ареалу L. lundii (до 2000 мм/міс), що більш ніж у 10 разів перевищує подібні показники в місцях розповсюдження L. sincorana та L. lobata.

Така істотна різниця у водозабеспеченні рослин певним чином відбивається і на анатомічній будові листків та процесах фотосинтезу. Порівняльний, кількісно-анатомічний аналіз показав значні відмінності у будові листової пластинки досліджуваних видів орхідних. За нашими даними листки усіх чотирьох видів рослин значно відрізняються по товщині і вкриті шаром воскової кутикули. Причому у видів, що зростають на великих висотах загальна товщина кутикули в середньому на 25% більша. Спостерігається значна різниця в анатомічній будові їх листових пластинок (кількості, розмірах і розташуванні продихів, хлоропластів, клітин мезофілу).

Встановлено значні відмінності й у кількісному та якісному складі пігментного комплексу. Така істотна різниця виявлена у рослин, які зростають в умовах інтродукції вже десятки років, що говорить про генетичну запрограмованість у будові елементів їх фотосинтетичного комплексу. Отримані дані показують, що рослини, які мешкають на значних висотах (800 - 1000 м н.р.м. і більше) характеризуються об`ємною та поверхневою щільністю фотосинтезуючих елементів листка (L. sincorana та L. lobata). Для них притаманні геліоморфні риси будови фотосинтетичного апарату. Часто цим видам властивий той чи інший ступінь

ксероморфності, так як інтенсив- Таблиця 2. Склад субстратів, які використовував-

на сонячна інсоляція на їх бать- лись для культивування сіянців дослідних видів.

ківщині, зазвичай, супроводжу-

№ вар. компоненти субстрату співвідно-шення

1 сфагновий мох ---

2 суміш поліакрилонітрильних і базальтових волокон ---

3 сфагновий мох : соснова кора 1:2

4 сфагновий мох : дубова кора 1:2

5 гранітна крихта ---

6 соснова кора : сфагновий мох : пісок 1:1:1

7 соснова кора : сфагновий мох : пісок 1:2:1

8 соснова кора : сфагновий мох : пісок 2:1:2

ється перегрівом та нестачею вологи.

У відповідності до одержа-них результатів та літературних даних, нами проведена серія експериментів по підбору складу субстратів для культивування сіянців дослідних видів (Табл.2).

Результати експерименту приведені на рис. 11.

На початкових етапах культивування сіянців була використана кліматична камера, спеціально для цього побудована за оригінальною схемою. Дослідним шляхом встановлено, що першою необхідною умовою задовільного переведення сіянців в культуру оранжерей є підсушка рослин.

Рис. 11. Динаміка виживаємості сіянців досліджуваних видів на різних

варіантах субстрату. 1-4 - варіанти субстрату; 1 - L. lobata, 2 - L. lundii,

3 - L. purpurata, 4 - L. sincorana; вісь Х - час (міс.); вісь Y - кількість (шт.).

Рис. 11 (продовження). Динаміка виживаємості сіянців досліджуваних

видів на різних варіантах субстрату. 5-8 - варіанти субстрату; 1 - L. lobata,

2 - L. lundii, 3 - L. purpurata, 4 - L. sincorana; вісь Х - час (міс.);

вісь Y - кількість (шт.).

Морфо-, біометричні дослідження показали, що сіянці L. lobata, L. lundii на першому етапі постасептичного культивування почувають себе найкраще на субстратах із сфагнового моху та штучного синтетичного волокна. Для сіянців L.purpurata – найбільш придатна суміш із соснової кори та сфагнового моху (1:2). Встановлено, що для таких високоспеціалізованих епіфітів (- аерофітів (Galan de Mera A., Hage M.A., 1999)) як L. sincorana, необхідно використовувати блок-культуру.

Слід зауважити, що досліджувані види фотосинтезують по шляху САМ, тому найбільш доцільне їх сумісне вирощування з папоротями, які забезпечують додатковий рівень СО2 для фотосинтезу.

Результати досліджень дають змогу зробити наступні висновки:

Висновки

1. Еколого-географічний аналіз місць природного зростання та дослідження біології розвитку видів роду Laelia Lindl. виявили в їх річному циклі чітке чергування періодів росту та спокою .

2. Встановлено, що представники роду Laelia Lindl. в умовах оранжерей мають один (L. lobata, L. purpurata), або два (L. sincorana, L. lundii) річні прирости.

3. Для всіх досліджуваних видів, визначені основні комплекси морфологічних ознак та схеми їх морфологічної будови.

4. Доведено, що на пагонах дослідних видів лускоподібні листки локалізовані на плагіотропній ділянці кореневища, піхвові – на плагіотропній, ортотропній ділянках та на ділянці повороту, а справжні асимілюючі листки – виключно на термінальній ділянці псевдобульби.

5. Виявлено, що у L. lobata та L. purpurata брунька поновлення закладається в ході росту пагона поточного року. Виключенням (за строками) є представники видів L. sincorana та L. lundii, пагонова система яких щорічно може збільшуватися на дві ЕОПС.

6. З`ясовано, що квітконос у більшості видів займає строго термінальне положення, тоді як у L. lundii він може розташовуватися як термінально так і субтермінально.

7. Модифіковано живильні середовища для поетапного культивування сіянців дослідних видів. На першому етапі насіння висівають на середовище Кнудсона (КПГУ). На другому етапі для розмноження сіянців L. lobata та L. purpurata, а для сіянців L. lundii на другому і на третьому етапах, використовують модифіковане середовище Мурасіге-Скуга (MS). Для сіянців L. sincorana на другому етапі культивування оптимальним є середовище Мурасіге-Скуга з додаванням гомогенату банана (MSБ). Перед висадкою у субстрат, сіянці L. lobata, L. purpurata та L. sincorana культивують на модифікованому живильному середовищі (MSБ).

8. Показано, що морфогенез досліджуваних видів в культурі in vitro відбувається двома шляхами. У першому варіанті проросток після ряду пластохронних циклів одразу перетворюється на сіянець, у другому - первинний протокорм формує декілька вторинних протокормів, які в подальшому також розвиваються у клоновані сіянці.

9. Розроблено технологію культивування та підібрані субстрати для переведення сіянців чотирьох видів Laelia Lindl. в асептичні умови. Так, найбільш придатним для вирощування сіянців L. lobata, L. lundii на першому етапі є сфагновий мох та штучний волокнистий субстрат. Для сіянців L.purpurata – суміш із соснової кори та сфагнового моху (1:2), а для сіянців L. sincorana – блоки із соснової кори.

10. Отримані дані підтверджують особливий статус деяких епіфітів (L. sincorana), а відповідно, й доцільність специфічного підходу до підбору субстрату та умов мікроклімату при вирощуванні сіянців орхідей цієї екологічної групи.

Список праць, опублікованих за темою дисертації

1. Іванніков Р.В. Мініатюрні лелії. До історії культури орхідей // “Квіти України”. – 1997. - №4. - С. 12-13.

2. Іванніков Р.В. Фенологічні та морфологічні особливості розвитку Laelia sincorana Shcltr. // Матеріали міжнародної наукової конференції – “Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі”. Львів – 1998. - С. 52-54.

3. Іванніков Р.В. Ритми росту та розвитку Laelia lundii Rchb. f. et Warm. (Orchidaceae Juss.) в колекції ЦБС ім. М.М.Гришка НАН України // Матеріали наук. конф. "Вивчення онтогенезу рослин природних та культурних флор у ботанічних закладах і дендропарках Євразії". Біла Церква – 1999. – С. 73-75.

4. Іванніков Р.В. Порівняльна характеристика перших етапів морфогенетичного розвитку на прикладі та Laelia lundii Rchb. f. et Warm. (Orchidaceae Juss.) // Вісник київського університету. – 1999. – Вип. 2. - С. 44-45.

5. Іванніков Р.В. Морфоструктура пагонової системи Laelia sincorana Schltr. (Orchidaceae Juss.) // Вісник київського університету. – 1999. – Вип. 29 - С. 47- 48.

6. Ярославская Ж.Н., Иванников Р. В. Особенности анатомического строения листовой пластинки Laelia sincorana Schltr. и Laelia purpurata Lindl. в связи с эколого-климатическими условиями обитания // “Інтродукція рослин”. – 1999. - №1. - С. 67-69.

7. Іванніков Р.В., Лаврентьєва А.М. Використання гомогенату банана при культивуванні Laelia sincorana Schltr. (Orchidaceae Juss.) in vitro // “Інтродукція рослин”. – 1999. - №2. - С. 85-87.

8. Черевченко Т.М., Лаврентьєва А.М., Іванніков Р.В. Деякі особливості культивування Laelia sincorana Schltr. (Orchidaceae Juss.) в умовах культури in vitro // Матеріали наук. конф. “Охорона та культивування орхідей”. – 1999. - с. 136-138.

9. Іванніков Р.В. Екологічні та біологічні особливості Laelia sincorana Schltr. // Вісник київського університету. – 2000. – Вип. 31 - С. 23-24.

10. Іванніков Р.В., Криворучко И.С. Морфологічні особливості Laelia lobata Lindl. (Veitch.) // “Інтродукція рослин”. – 2001. - №1. - С. 110-112.

Іванніков Р.В. Біологія розвитку видів роду Laelia Lindl. (Orchidaceae Juss.) в умовах оранжерейної культури та культури in vitro. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.05 – ботаніка. - Національний ботанічний сад ім. М. М. Гришка НАН України, Київ, 2001.

Дисертацію присвячено вивченню біологічних ритмів росту та розвитку видів роду Laelia Lindl. в умовах закритого ґрунту помірної зони та в культурі in vitro. Для більшості досліджуваних видів, вперше визначені основні комплекси морфологічних ознак та схеми їх морфологічної будови. Підібрані живильні середовища та умови культивування сіянців. Отримані кількісні характеристики епідермальної тканини листка. Досліджено