УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК
НІКІТСЬКИЙ БОТАНІЧНИЙ САД – НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР
ОВЕЧКО СЕРГІЙ ВІКТОРОВИЧ
УДК 633,8:582.929.4:57.017.6(477.72)
БІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ І ГОСПОДАРСЬКО-ЦІННІ ОЗНАКИ DRACOCEPHALUM MOLDAVICA L. В УМОВАХ НИЖНЬОГО ПРИДНІПРОВЯ ХЕРСОНСЬКОЇ ОБЛАСТІ
03.00.05 – ботаніка
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Ялта - 2003
Дисертацією є рукопис.
Роботу виконано в Нікітському ботанічному саду – Національному науковому центрі
Української академії аграрних наук.
Науковий керівник: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник,
Работягов Валерій Дмитрович,
Нікітський ботанічний сад – Національний науковий
центр УААН, завідувач відділу ефіроолійних і
лікарських культур.
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник,
Шевченко Світлана Василівна,
Нікітський ботанічний сад – Національний науковий центр УААН,
завідувач відділу репродуктивної біології і фізіології рослин;
кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник
Єгорова Наталія Олексіївна,
Інститут ефіроолійних і лікарських культур УААН,
завідувач сектора культури тканин.
Провідна установа: Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка
НАН України, відділ нових культур.
Захист відбудеться “11” квітня 2003 р. о 1000 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 53.369.01 Нікітського ботанічного саду –
Національного наукового центру за адресою:
98648, Україна, Крим, м. Ялта, Нікітський ботанічний сад - Національний науковий центр.
Факс: (0654) 33-53-86
E-mail: nbs1812@ukr.net.
З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці НБС-ННЦ УААН за адресою:
98648, Україна, Автономна республіка Крим, м. Ялта,
Нікітський ботанічний сад - Національний науковий центр.
Автореферат розісланий “ 5 ” березня 2003 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради, к.б.н. Садогурський С.Ю.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Спільна еволюція людини, тварин, мікроорганізмів з вищими рослинами, їхніми метаболітами визначила більшість біологічних властивостей живої природи, у тому числі особливості дії багатьох синтезованих рослинами органічних сполук на людину, макро- і мікроорганізми. Не випадково в сучасній медицині віддається перевага використанню препаратів, отриманих на основі рослинної сировини.
Актуальність теми. На цей час зросло значення ефіроолійних і лікарських рослин як джерел біологічно активних речовин, у тому числі стимулюючої й адаптогенної дії. Зараз йде інтенсивний пошук препаратів, що могли б стимулювати механізми адаптації й резистентності. Попит на такі препарати, а також безпосередньо на ефірні олії зростає.
Задовольнити зростаючу потребу можливо шляхом розширення сировинної бази лікарських і ефіроолійних рослин за рахунок пошуку й залучення нових культур і можливих зон їх вирощування. Успішне введення в культуру перспективних видів рослин можливо лише за умови пізнання їх біології розвитку, вивчення процесів формування й накопичення ефірної олії, а також дослідження особливостей їх вирощування й продуктивності, для визначення доцільності промислового культивування.
Рішення цих завдань і було покладено в основу вивчення однієї з перспективних нових ефіроолійних рослин - змієголовника молдавського (Dracocephalum moldavica L.). До цього часу не проводилося повного комплексного дослідження цієї культури в умовах Херсонської області. В літературі є деякі відомості з біології й агротехніки вирощування змієголовника молдавського в Молдові (Бірман Л.Л., Бобуцак Л.Г., 1992; Бодруг М.В., 1992; Кубрак М.Н., 1976; Мустяце Г.І., 1988; Ніколаєв О.Г., 1972), Середній Азії (Кудряшов С.Н., 1936; Ролдугін І.І., 1962) і деяких регіонах Росії (Смарагдова Н.П., 1956; Рутовський Б.Н., Виноградова І.В., 1930; Тюріна О.В., 1972; Шаін С.С., Маланкіна О.Л., 1998). Проте дані цих досліджень, що проводились в інших кліматичних зонах, в умовах півдня України потребують корекції. Біохімія культури вивчена досить слабко. Опрацьовані нами літературні джерела свідчать, що дослідження в цьому напрямку здійснювались рідко й обмежувались вивченням динаміки накопичення ефірної олії. Дослідження, що становлять великий теоретичний і практичний інтерес за сезонною динамікою вмісту компонентів в ефірній олії, біосинтезом терпеноїдів на протязі доби, а також корелятивними зв'язками між компонентами цілком відсутні.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконано в рамках науково-дослідної програми НБС-ННЦ з 1999 по 2002 рік за завданням №02 0197U004319 “Залучити, вивчити і виділити перспективні для впровадження у виробництво види ефіроолійних, лікарських, пряноароматичних і красильних рослин, удосконалити методи селекції і створити високопродуктивні сорти” і за планом аспірантської підготовки.
Мета і завдання досліджень. Виявити морфо-біологічні особливості і господарсько-цінні ознаки змієголовника молдавського для оцінки можливості уведення в промислову культуру.
У відповідності з метою дисертаційної роботи були вирішені такі завдання:
· вивчити особливості морфогенезу, динаміку росту і розвитку рослин протягом вегетаційного періоду;
· установити особливості біології цвітіння (квітка, суцвіття, рослина) і дослідити насіннєву продуктивність змієголовника молдавського;
· визначити вплив термінів посіву і площі живлення на врожайність і продуктивність рослин;
· вивчити динаміку нагромадження ефірної олії і її основних компонентів в онтогенезі культури, та виявити оптимальні терміни збору сировини;
· установити мінливість господарсько-цінних ознак культури і відібрати кращі форми з насіннєвого потомства для подальшої селекційної роботи;
Об'єкт досліджень – процеси морфогенезу й біосинтезу ефірної олії ароматичних рослин.
Предмет досліджень – біологічні особливості і господарсько-цінні ознаки сорту “Ювілейний” і дев'яти сортозразків змієголовника молдавського.
Методи досліджень: польовий – для реєстрації фенологічних фаз, визначення врожаю; морфологічного аналізу – для аналізу рослин з різними морфологічними ознаками; лабораторний – для визначення масової частки ефірної олії і її компонентного складу; розрахунковий – для визначення продуктивності однієї рослини й рослин з одного гектара; порівняльний – для встановлення відхилень від стандартів, реакції рослин на зміну погодних умов року; математично-статистичний – для оцінки вірогідності отриманих результатів досліджень.
Наукова новизна отриманих результатів. Вперше вивчено морфогенез, ритми росту і розвитку, біологія цвітіння і насіннєва продуктивність Dracocephalum moldavica L. в умовах Херсонської області. Розширено масштаби біохімічних досліджень даної культури.
У результаті детального комплексного дослідження вперше встановлено динаміку накопичення основних компонентів ефірної олії в онтогенезі й отримано дані про кількісний вміст ефірної олії в органах рослини. Встановлено наявність позитивної кореляції між кількістю ефіроолійних залозок і виходом олії з вірогідністю 0,95. Проведено детальний аналіз терпеноїдного складу ефірної олії не тільки за фазами розвитку рослин, але й залежно від часу доби.
На основі порівняльного аналізу визначено внутрішньовидову мінливість анатомо-морфологічних і господарсько-цінних ознак змієголовника в нових умовах вирощування, виділено 3 перспективні форми для подальшої селекції.
Практична значимість. Експериментально обґрунтовано можливість вирощування змієголовника молдавського в Херсонській області. Визначено основні господарсько-цінні показники культури в нових умовах вирощування. Відібрано високопродуктивні форми рослин, що містять ознаки скоростиглості, посухостійкості, підвищеного вмісту ефірної олії і цитралю. На підставі досліджень розроблено й апробовано основні прийоми вирощування – строки і способи сівби, терміни збирання рослин на сировину і насіння. Розроблено науково-методичні рекомендації з вирощування змієголовника молдавського в умовах Херсонської області. Дані дисертаційної роботи включено в лекційні і практичні курси “Лікарські рослини” і “Ботаніка” в Херсонському державному університеті.
Особистий внесок в одержання результатів досліджень полягає в проведенні аналітичного огляду вітчизняної і закордонної літератури, закладці і проведенні польових і лабораторних досліджень, обробці й аналізу експериментальних даних (1999-2002 р.), узагальненні і підготовці до друку матеріалів дисертаційної роботи, підготовці основних положень і висновків дисертації.
Апробація результатів досліджень. Результати досліджень щорічно повідомлялись на засіданнях відділу нових технічних і лікарських культур (Ялта, 1999-2002р.); засіданні вченої ради НБС-ННЦ (Ялта, 2002р.); на 8 наукових конференціях: VII, IX Міжнародних конференціях молодих вчених "Проблеми дендрології, квітництва, плодівництва" (Лєдніце, Чехія 1999, 2001); Міжнародній науковій конференції "III-і наукові читання пам'яті Й.К. Пачоського" (Херсон, 1999); XII, XIII Міжнародних конференціях "Вивчення онтогенезу рослин природних і культурних флор у ботанічних установах і дендропарках Євразії" (Полтава 2000, Херсон 2001); Міжнародній конференції "Проблеми квітництва і декоративного садівництва" (Ялта, 2000); I, II Міжнародних Наукових конференціях молодих учених "Теоретичні та практичні аспекти інтродукції рослин і зеленого будівництва" (Київ 2001, Умань 2002).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 11 робіт, з них 4 статті в наукових фахових виданнях, 6 у матеріалах конференцій і 1 методичні рекомендації.
Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, рекомендацій виробництву і списку літератури. Бібліографічний покажчик містить 263 джерела. Дисертація викладена на 161 сторінці машинописного тексту, ілюстрована 20 рисунками і 25 таблицями, містить 11 додатків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
РОЗДІЛ 1. ТЕОРЕТИЧНЕ І ПРАКТИЧНЕ ВИВЧЕННЯ
DRACOCEPHALUM MOLDAVICA L. (ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ)
У розділі подається короткий аналіз результатів досліджень вітчизняних і закордонних авторів з питань систематики, біоекології, онтогенезу, фенології, фізіології та біохімії змієголовника молдавського, а також дані про використання його в різних галузях народного господарства - у медичній, харчовій і парфюмерно-косметичній промисловості. В ході проведеного аналізу літературних джерел визначено відомості, що мають суперечливий характер, а також недостатньо вивчені і зовсім не вивчені питання. На його основі розроблено програму досліджень за темою дисертації.
РОЗДІЛ 2. УМОВИ, МАТЕРІАЛ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ
Експериментальна робота виконана в період з 1999 по 2002 роки на землях дослідного господарства “Новокаховське” Нікітского ботанічного саду - Національного наукового центру. Господарство, де проводились дослідження, розташоване в зоні південного степу України на території Херсонської області. Досліди закладались на відкритій сонячній ділянці, в екологічно вирівняних умовах на загальному агротехнічному фоні, без застосування добрив. Догляд за рослинами протягом усіх років досліджень був по можливості однаковим, він полягав у дворазовій прополці: у фазі 2-3 пар справжніх листків і 6-8 пар справжніх листків, при необхідності проводилися поливи і розпушування міжрядь.
Дослідну ділянку закладено на дерно-степових (чорноземовидих) супіщаних глибоко гумусованих залишково солонцюватих ґрунтах. Клімат регіону, в якому розташоване господарство, помірно-континентальний, посушливий. Гідротермічні умови в роки проведення досліджень відрізнялись за кількістю опадів і сумою активних температур від середньобагаторічних показників. Кількість опадів у 1999 р. за квітень-вересень склала 209,6 мм; у 2000 р. – 257,4 мм; у 2001 р. – 190,5 мм. Суми активних температур за цей період мали показники відповідно – 3439; 3342; 3414°C.
Для проведення роботи з вивчення морфо-біологічних особливостей і господарсько-цінних ознак змієголовника молдавського були застосовані польові досліди в комплексі з лабораторними дослідженнями. Дослідження здійснювалися за загальноприйнятими методиками. Вивчали біологію насіння, особливості росту і розвитку, морфогенез вегетативних і репродуктивних органів, біологію цвітіння і насіннєву продуктивність, а також біохімічні особливості змієголовника молдавського.
Польові досліди проводили на відкритих грядках. Схожість насіння, посіяного в грядки, підраховували щодня протягом 30 діб. Насіння висівали вручну на однорядкових ділянках довжиною 5 м, у чотириразовій повторності, у кожній по 100 насінин. Для визначення маси 1000 насінин користувалися міжнародними правилами (Ємельянов, 1969), згідно з якими брали 8 проб по 100 штук. Вивчення посівних якостей насіння залежно від термінів зберігання проводилося протягом усього терміну досліджень з інтервалом у три місяці. Посівні якості насіння визначали за методикою насіннєзнавства інтродуцентів (Цицин, 1980). Насіння пророщували в чашках Петрі на вологому фільтрувальному папері при температурі 20оС (досліди закладали в триразовій повторності по 100 насінин у кожній).
У період вегетації проводили фенологічні спостереження і біометричні виміри. Спостереження за сезонним циклом росту і розвитку рослин вели на 25 модельних рослинах. Фенологічні спостереження проводилися за загальноприйнятою методикою (Бейдеман, 1974) з деякими змінами й доповненнями стосовно до культури. Біометричні виміри проводили щодекади. Вимірювали висоту і діаметр куща, довжину пагона першого й другого порядку. Облік ушкоджень шкідниками й хворобами здійснювали відповідно до методики селекції ефіроолійних культур (Селекція...,1977). Для вивчення етапів морфогенезу застосовували метод морфофізиологічного аналізу рослин (Куперман, 1968).
Біологічні особливості цвітіння досліджували згідно з методичними рекомендаціями з вивчення антекологічних особливостей квіткових рослин (Голубєв, 1986). Насіннєву продуктивність визначали за методом Т.А. Работнова (1950) і методичними вказівками з насіннєзнавства інтродуцентів (Цицин, 1980).
Облік врожаю проводили в період масового цвітіння рослин за методикою польових дослідів (Доспєхов, 1979). Сировину зрізали вручну і відразу ж зважували. Валовий збір враховували зважуванням сировини з усієї ділянки.
Анатомічні дослідження проводили на свіжозібраних зразках за допомогою світлових мікроскопів МБС-2, JENAMED. Розмір ефіроолійних залозок вимірювали за допомогою окулярмікрометра (ціна поділки 7,8 мкм) під мікроскопом JENAMED, при збільшенні окуляра 8х, об'єктива 40х.
Масову частку ефірної олії визначали шляхом гідродистиляції за А.С. Гінзбергом на апаратах Клевенджера. Склад ефірної олії визначали методом газорідинної хроматографії.
Дані статистично оброблялись з обчисленням середнього арифметичного значення, стандартного відхилення, дисперсії, коефіцієнта варіації при рівні довірчої ймовірності Р=0,95. Статистична обробка отриманих результатів проведена на ЕОМ (Доспєхов, 1968; Зайцев, 1973; Афіфі, 1982).
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ
РОЗДІЛ 3. БІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ЗМІЄГОЛОВНИКА МОЛДАВСЬКОГО
Ріст і розвиток змієголовника молдавського. У ході онтогенезу рослини Dracocephalum moldavica L., як і більшість інших квіткових рослин, проходять різні вікові зміни, що характеризуються загальними структурними й біологічними особливостями. Виявлені нами критерії вікових станів змієголовника молдавського дали змогу виділити три вікових періоди і вісім вікових станів: латентний період – насіння в стані спокою; прегенеративний – проростки, ювенільний, іматурний, віргінільний стан; генеративний – молодий, середньовіковий, старий стан.
Латентний період триває від дозрівання насіння до його проростання. Зріле насіння являє собою довгастий, обернено яйцевидний, тригранний ерем довжиною 2,3-2,9 мм, шириною 1,5- 1,8 мм, темно-брунатного або чорного кольору. Абсолютна вага 1000 штук – 1,7-2,1 г.
Дослідження показали, що насіння змієголовника молдавського не потребує навіть самого короткочасного періоду спокою або дозрівання. На основі проведених експериментів встановлено, що найбільшу схожість має насіння відразу після збирання (95-98%) і через рік зберігання (92-96%). Високі показники схожості й енергії проростання зберігаються протягом перших трьох років, далі, при зростанні тривалості зберігання, одночасно із загальним зниженням схожості, проростання сповільнюється, що свідчить про виснаження запасів насіння і зниження його життєздатності.
Прегенеративний період визначається з моменту проростання насіння, його тривалість 40-50 днів. Першим розвивається зародковий корінець, на момент появи сходів його довжина складає 3,5-5,3 мм. Сім’ядолі виносяться на поверхню ґрунту без насінної шкірки. Максимальних розмірів сім'ядольні листки досягають через 9-12 діб після появи сходів, вони мають еліптичну форму, їх довжина становить 7-8 мм, ширина 8-9 мм, довжина гіпокотиля 21 мм, епікотеля 5 мм. Рослини в цей період мають добре помітне антоцианове забарвлення на нижньому боці сім'ядольних листків. У білоквіткової форми антоцианове забарвлення відсутнє.
Перша пара справжніх листків з'являється на 7-11 добу. Тип росту доліхоморфний (безрозетковий), тому епікотиль добре помітний і продовжує якийсь час після розгортання 1-ої пари справжніх листків інтеркалярний ріст. Сім'ядольні листки відмирають через 35-40 діб після появи сходів. До цього часу рослини мають по 5-6 пар справжніх листків. Їх висота становить 10-12 см, при діаметрі 9-11 см.
До періоду утворення 7-8 пари справжніх листків рослини набувають основних рис дорослого. Листя має довгасто-ланцетну форму, індекс листка в середньому складає від 2,9 до 3,1, продовжується активне наростання вегетативної маси.
Починаючи з 10-го вузла, на головному стеблі припиняється утворення бічних пагонів. У пазухах листків відзначена поява бутонів. Цими ознаками характеризується початок генеративного періоду розвитку. В умовах Херсонської області ця фаза відзначається в другій декаді червня і триває до кінця серпня. Її тривалість складає майже 50% усього життєвого циклу. Час формування суцвіть (від моменту закладки генеративних бруньок і до цвітіння) нетривалий і складає 15-20 діб. Цвітіння настає в першій декаді липня. Генеративна фаза триває до кінця вегетації рослин. Рослини відмирають при несформованих насінинах на верхівках суцвіть.
Фенологічні спостереження. Вивчення динаміки росту змієголовника молдавського показало, що в перший місяць життя ріст і розвиток рослин проходить дуже повільно, особливо в перші три-чотири тижні після появи сходів. Через місяць вегетації рослини мають по 5-6 пар справжніх листків. Від цього часу в пазухах справжніх листків спостерігається поява пагонів другого порядку. Починаться активне нагромадження надземної маси, рослини переходять у фазу вегетативного росту. Фаза вегетативного росту відзначається приблизно через 30-40 діб після появи сходів (III-V етапи органогенезу). За цей період, що триває в середньому 20 діб, висота рослин збільшується в середньому на 30-40 см, приріст довжини пагонів досягає 1,5-2 см за добу.
Таблиця 1
Морфогенез змієголовника молдавського (Dracocephalum moldavica L.)
Фаза | Етапи органогенезу | Початок і закінчення фази | Тривалість, діб
проростання насіння | I | від сівби до появи сходів | 7-15
сходи | II | від сходів до 5-6 пар справжніх листків | 30-40
вегетативний ріст | III-V | від 5-6 пар с.л. до 8-9 пар с.л. | 15-23
бутонізація | VI-VIII | від 8-9 пар справжніх листків
до розцвітання першої квітки | 10-16
цвітіння | IX-XII | початок-закінчення | 30-50
дозрівання насіння | XI-XII | від побуріння нижньої частини центрального суцвіття до зів'янення всієї рослини | 25-40
Початок генеративного періоду характеризується появою бутонів у 8-9 вузлі головного стебла замість пагонів другого порядку. Пазушні листки набувають витягнутої форми з гострими зубчастими краями, індекс листка складає від 3,5 до 4,2. Фаза бутонізації продовжується до розцвітання першої квітки і триває в середньому 10-15 діб. У цей період дещо знижується ростова активність. Далі, протягом фази цвітіння, ріст стебел прямопропорційний кількості квіток, що розпускаюься, і продовжується до кінця цвітіння рослин.
До початку цвітіння закінчується утворення листків, проте листкові пластинки продовжують рости, досягаючи максимуму листової поверхні в період масового цвітіння. Цвітіння настає на IX етапі органогенезу і продовжується 30-50 діб, практично до кінця вегетації рослин.
Після запліднення на X-XII етапах органогенезу настає фаза росту і формування, а далі наливу й дозрівання насіння. Дозрівання супроводжується поступовим зневодненням рослин, підсиханням листків і стебел. Засихання рослин відбувається не відразу, а починається ще в період масового цвітіння, коли дозріває насіння в нижній частині центрального суцвіття. Спочатку змінюється забарвлення листя, воно жовтіє, і поступово, починаючи з нижньої частини рослини, опадає, після чого позбавлене листків стебло підсихає.
Закінчення вегетації характеризується повним відмиранням усіх надземних і підземних органів. Рослини відмирають у першій декаді вересня. Тривалість життєвого циклу змієголовника молдавського в умовах Херсонської області складає 130-150 діб, період від сівби до збирання сировини у фазу масового цвітіння – 80-90 діб, від сівби до збирання насіння 120-130 діб, що відповідає сумі позитивних активних температур: до масового цвітіння 2001о, до дозрівання насіння - 2582о.
Біологія цвітіння змієголовника молдавського. Ми визначили, що квітки змієголовника молдавського зібрані в китицеподібні суцвіття, що складаються зі зближених мутовок з 6 квітками. Розташовані вони на коротких квітконіжках, мають прицвітки з остистими зубцями. Чашечка двогуба опушена, коротковолосиста, довжиною 9-11 мм, на її поверхні розташовано 15 подовжніх ребер, між якими розміщуються ефіроолійні залозки. Верхня губа чашечки трилопатева, з яйцеподібними гострими зубцями, нижня двороздільна. Віночок п'ятипелюстковий довший за чашечку більш ніж удвічі, з вузькою при основі, а в зіві розширеною трубкою і двогубим відгином, зовні опушений, блакитно-фіолетового кольору. Тичинок чотири, з них дві з довшими тичинковими нитками. Нитки тонкі, нижньою частиною прирослі до віночка, вгорі вільні, розсунуті, вигнуті усередину. Пиляки чотирьохгнізді, на нитковидних, дугоподібно вигнутих зв'язниках, відкриваються усередину вздовж вертикальної осі, пилення парціальне. Маточка з верхньою зав'яззю й одним стовпчиком. Зав'язь чотирьохгнізда, сидить на округлім ложі. Стовпчик нитковидний, вигнутий, трохи довший ніж верхня губа віночка, з двороздільною рівнолопатевою приймочкою.
Рис. 2. Розвиток квітки змієголовника молдавського.
а, б, в - фаза маленького бутона і росту пиляків; г - фаза великого бутона, дозрівання пилку, розтріскування пиляків; д - початок цвітіння квітки і осипання зрілого пилку; е, ж - початок росту стовпчика приймочки, розходження й дозрівання приймочок; з - кінець цвітіння квітки.
За нашими спостереженнями у змієголовника молдавського розтріскування пиляків відбувається в закритому бутоні, в середньому за 10-12 годин до його розкриття. У відкритій квітці пилок зберігається від 18 до 27 годин, потім він висипається, а пиляки набувають темно-бурого кольору і в'януть. На цей момент стовпчик приймочки швидко росте й виходить із квітки, лопаті його розходяться, він готовий до сприйняття пилку.
Суцвіття носять рецимозний тип розпускання, що характеризується випереджальним розкриттям найнижчої квітки й акропетальним порядком розвитку інших квіток, тобто теоретично ріст центральної осі (як осі приймаються стебла різного порядку розгалуження) і число квіток на ній може бути необмеженим.
У результаті досліджень встановлено, що період цвітіння головного пагона першого порядку становить 40-45 діб. На бічних пагонах другого порядку цвітіння починається на 8-10 діб пізніше, ніж на головному пагоні. Тривалість їхнього цвітіння 30-40 діб.
Цвітіння починається з головного пагона. Спочатку в мутовці, що являє собою дві пазушні завійки з трьох квіток, розпускається по одній квіткі в кожній завійці, по відношенню одна до одної вони розташовані супротивно. Потім через 2-4 доби, залежно від погодних умов, розпускаються з невеликою різницею в часі чотири квітки, що залишилися. До моменту розпускання останньої квітки мутовки, квітка, що розпустилася першою, в'яне. Тривалість цвітіння однієї квітки 4-5 діб, а в період масового цвітіння, при наявності комах запилювачів, тривалість цвітіння скорочувалася до трьох діб.
Експериментально встановлено, що добовий хід розпускання квіток однотипний і має один максимум – у 1030 ранку. Зміна добового ритму цвітіння залежить від температури й вологості повітря. Оптимальними умовами для розпускання квіток можна вважати температуру повітря 20-22о і вологість повітря 55-60%, при яких у ранкові години спостерігається максимальне число квіток, що розпустилися. У жаркі денні години, коли температура повітря підвищується, і відносна вологість його знижується, розпускання квіток затримується.
Насіннєва продуктивність. Утворення повноцінного насіння в умовах культури є одним з найважливіших показників для виживання й адаптації рослин, що характеризуються відсутністю здатності до вегетативного розмноження.
Нами досліджувалася насіннєва продуктивність при вільному запиленні, самозапиленні, штучному і внутрішньовидовому запиленні різних зразків змієголовника молдавського. У зв'язку з виявленням рослин з 6 і 8 гранним стеблом і білоквіткової форми, між ними були проведені схрещування. В результаті проведених досліджень нами встановлено, що величина коефіцієнта насіннєвої продуктивності при вільному запиленні коливається в межах 26,7-43,1%.
Найвища завязуваність насіння була у ранньостиглої форми (43,1%), найменша в рослин з 8 гранним стеблом (26,7%). У рослин з 6 гранним стеблом завязуваність становила 38,3%. Крім того нами з'ясовано, що найбільшою величиною коефіцієнта насіннєвої продуктивності характеризуються пагони першого порядку (47,7%), трохи меншою пагони другого порядку (30,1%) і найменшою пагони третього порядку (15-23%). Не отримано насіння від самозапилення без втручання і при кастрації квіток.
У змієголовника молдавського здатність до апоміксису нами не виявлена. Встановлено, що протерандрія досить надійно захищає квітки від запилення власним пилком.
Реципрокні схрещування різних форм рослин показали, що при використанні білоквіткової форми як материнської, зав'язуваність насіння найвища (91,0%) в інших дослідах нижча (62,5%). Встановлено, що при штучному запиленні зав'язуваність насіння була вища (55-90%), ніж при вільному запиленні (20-40%). При штучному запиленні найкращі результати одержані на квітках, запилених через 6-7 діб після кастрації.
Виявлено, що насіннєва продуктивність однієї рослини змієголовника молдавського залежить від площі живлення. Зі збільшенням густоти стояння число квіток, що утворюється на рослині, а відповідно і сім'язачатків зменшується, також зменшується маса насінини і врожайність насіння. Коефіцієнт зав'язування насіння знижується з 34,1% до 19,8%.
РОЗДІЛ 4. БІОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ЗМІЄГОЛОВНИКА МОЛДАВСЬКОГО
Нами встановлено, що ефірна олія змієголовника молдавського накопичується у вегетативних і генеративних органах. В рослинах вона міститься протягом усього вегетаційного періоду.
Проведені нами дослідження з розташування ефіроолійних вмістищ показали, що ефірна олія локалізована в усіх органах рослини: на пагонах, листі, чашечці, віночку і приквітках. Залозисті трихоми представлені головчастими залозистими волосками і 8-16 клітинними ефіроолійними залозками.
Як показали досліди, найбільша кількість ефіроолійних залозок розміщена в міжреберрях чашечки квітки, особливо багато їх на верхній губі. У великій кількості ефіроолійні залозки розміщені на нижньому епідермісі листків. Причому в листках з верхньої частини рослин щільність їх розташування вища, ніж у листків нижніх ярусів. Зовнішня сторона віночка квітки також покрита залозистим опушенням. Найбільш збідненою трихомами частиною рослини виявилося стебло. Аналіз вмісту ефірної олії в органах рослини показав, що найбільша його кількість накопичується в суцвіттях - до 0,36% від сирої маси, найменша в стеблі - до 0,01%, у листах міститься від 0,02 до 0,08%.
При вивченні динаміки накопичення ефірної олії у різних форм змієголовника молдавського нами виявлена залежність між кількістю трихом у міжреберрі чашечки і на нижньому епідермісі листка з виходом ефірної олії. У зв'язку з цим нами був зроблений підрахунок кількості ефіроолійних залозок у міжреберрі верхньої губи чашечки і на 1 мм2 нижнього епідермісу листкової пластинки в досліджених сортозразків.
Таблиця 2
Залежність масової частки ефірної олії і кількості
ефіроолійних залозок у сортозразків змієголовника молдавського
Сортозразок | Кількість залозок, шт | Вихід ефірної олії, % від
в 1 міжреберрі чашечки квітки | на 1 мм2 нижньої епідерми листа | сирої маси | абсолютно сухої маси
48287 | 21,8±2,09 | 3,7±0,28 | 0,12±0,05 | 0,48±0,21
67287 | 24,3±2,61 | 3,9±0,42 | 0,14±0,03 | 0,56±0,27
110586 | 30,4±3,51 | 4,3±0,35 | 0,17±0,07 | 0,68±0,19
27588 | 25,1±2,73 | 4,7±0,51 | 0,15±0,06 | 0,60±0,23
білоквітковий | 23,1±4,94 | 3,0±0,52 | 0,11±0,05 | 0,44±0,12
ранньостиглий | 38,5±3,26 | 5,1±0,43 | 0,23±0,07 | 0,92±0,30
У результаті підрахунків встановлено, що існує тісний зв'язок між масовою часткою ефірної олії й кількістю ефіроолійних залозок у міжреберрі чашечки і на поверхні листкової пластинки. Сортозразки з великим числом залозок характеризуються більш високим виходом олії. У сортозразків з незначним числом залозок відзначено низький вміст ефірної олії. Так, найбільше число залозок – 38,5±3,26 шт у міжреберрі і 5,1±0,43 шт/мм2 на нижньому епідермісі листка відзначено у виділеної нами ранньостиглої форми. Дана форма характеризується і найбільшим виходом ефірної олії.
Проведені нами дослідження показали, що при вирощуванні в Херсонській області змієголовника масова частка ефірної олії в надземних органах коливається від 0,05 до 0,31% на сиру вагу і залежить від фази розвитку рослин, часу доби, площі живлення, строків сівби і гідротермічних факторів.
При визначенні вмісту ефірної олії в онтогенезі змієголовника молдавського ми встановили, що в процесі розвитку рослин масова частка ефірної олії збільшується, починаючи з фази вегетативного росту (0,05%), досягає максимуму в період повного цвітіння (0,17%), а закінчення цвітіння супроводжується його зниженням до 0,13%. Найбільший вихід олії був отриманий нами у фазу масового цвітіння, він досягав 0,31% від сирої маси квіткової сировини.
Дослідження впливу строків сівби культури на вихід ефірної олії показали, що масова частка ефірної олії в квітковій сировині з кожним наступним строком сівби знижувалася. Причому, навіть при сприятливих кліматичних умовах вміст олії в надземних органах культури все одно був нижчим. На підставі комплексних досліджень нами складена модель масової частки ефірної олії, що описується рівнянням множинної лінійної регресії:
Y = 0,14 – 4,7-5x1 + 4,5-4x2 + 2,07-5x3 – 0,004x4, де
Y – масова частка ефірної олії, %
x1 – сума активних температур, оC
x2 строк сівби, дні
x3 – площа живлення, м2
x4 – врожайність квіткової сировини, г/м2 (при Р = 0,95; R2 = 0,9997).
Нами були проведені дослідження з визначення вмісту ефірної олії в надземній частині змієголовника молдавського протягом доби. Аналіз одержаних результатів показав, що максимальний вихід олії отримано при збиранні сировини в ранкові години (з 1000 до 1100). Ми виявили, що для накопичення ефірної олії оптимальною є температура повітря 20-22оC, при якій визначено найбільший її вихід (0,17% від сирої маси сировини). У жаркі денні години, коли температура повітря підвищується до 25-30оC знижується його відносна вологість, падає масова частка ефірної олії в рослині.
Негативний вплив високих температур і зниження відносної вологості повітря в меншій мірі позначається на загущених посівах, через більш раннє змикання рослин у рядах. Завдяки цьому відбувається притінення ґрунту, утрудняється розвиток бур'янів і в деякій мірі затримується рух повітряних мас у середині травостою, що поліпшує температурний режим, знижує втрати ґрунтової вологи й ефірної олії, накопиченої рослинами, у навколишнє середовище. Проведені нами дослідження з вивчення впливу площі живлення на врожай сировини і продуктивність рослин показали, що при збільшенні площі живлення (60х40см) рослини розвивають більш потужну надземну масу. У них збільшується діаметр куща, число квіток і бічних пагонів, а також маса стебел, що досягає 38% від загальної надземної маси рослини. При зменшенні площі живлення (15х10см) збільшується густота стояння рослин, що веде до збільшення висоти рослин, до зниження діаметра куща і маси стебел (25%), і впливає на співвідношення листків і суцвіть (26/49%) у надземній масі. Наші дослідження показали, що при підвищенні густоти стояння врожайність квіткової сировини з одиниці площі збільшується, масова частка ефірної олії знижується незначно, а її загальний вихід за рахунок більш високої врожайності зростає на 20%.
Залежність продуктивності змієголовника молдавського від площі живлення, врожайності і масової частки ефірної олії описується рівнянням множинної регресії:
Y= 2,4 – 0,002x1 + 2,4-4x2 – 0,2x3 + 7,8x4, де
Y – збір ефірної олії, г/м2
x1 – сума активних температур, оC
x2 – площа живлення, м2
x3 – врожайність квіткової сировини, г/м2
x4 – масова частка ефірної олії, % (при P>0,95, R2=1,0).
Методом газорідинної хроматографії нами вивчено склад ефірної олії змієголовника молдавського, що дало змогу ідентифікувати сім монотерпенових сполук. Встановлено, що основним компонентом ефірної олії є цитраль (вірніше сума його цис- і транс- ізомерів нераля й гераніаля), кількість якого досягає 40-60%.
Таблиця 3
Компонентний склад ефірної олії змієголовника молдавського
залежно від фенологічної фази розвитку
Компоненти
ефірної олії | Масова частка компоненту по фазах розвитку, %
вегетативний
ріст | бутонізація | початок цвітіння | масове цвітіння | кінець цвітіння
ліналоол | 4,31±0,73 | 1,44±0,24 | 0,98±0,50 | 1,38±0,35 | 0,86±0,24
нерол | 2,27±0,81 | 5,23±1,20 | 5,13±1,09 | 2,14±1,71 | 3,99±0,15
нераль | 6,45±1,22 | 12,0±2,14 | 15,82±2,20 | 18,63±3,16 | 21,8±5,48
гераніол | 4,68±0,52 | 6,69±1,30 | 4,52±0,97 | 3,73±0,63 | 6,04±1,51
гераніаль | 12,33±2,09 | 17,71±2,86 | 17,84±1,71 | 20,97±2,03 | 29,74±2,10
нерилацетат | 2,85±1,53 | 3,86±0,94 | 3,70±0,81 | 2,82±0,39 | 2,90±0,21
геранілацетат | 50,49±4,36 | 42,03±2,85 | 39,48±2,07 | 32,29±4,15 | 21,19±6,74
Як показали досліди, на більш ранніх фазах розвитку в ефірній олії переважає геранілацетат, вміст цього компонента у фазу вегетативного росту досягає 50%. Далі по мірі розвитку рослин масова частка геранілацетату поступово знижується і до кінця цвітіння складає 21%, що свідчить про поступове уповільнення процесів етерифікації й посилення окисних реакцій.
В противагу геранілацетату найбільший вміст цитралю відзначається на пізніх стадіях розвитку рослин. Встановлено, що кількість цього компонента з проходженням наступних фенологічних фаз інтенсивно збільшується, причому вміст цитралю й геранілацетату зворотно пропорційний. Тут цілком очевидний зв'язок між цими терпеноїдами. Виявлена нами зворотна кореляція у вмісті цитралю й геранілацетату (r=-0,779) підтверджує взаємозв'язок між цими терпеноїдами.
При визначенні динаміки накопичння компонентів ефірної олії залежно від часу доби ми з'ясували, що температура й вологість навколишнього середовища викликали значну трансформацію компонентного складу ефірної олії.
Аналіз отриманих результатів говорить про те, що вміст основних компонентів ефірної олії змієголовника молдавського збільшувався в ранкові (з 900 до 1130) і вечірні (з 1700 до 1930) години. Це свідчить про посилення біосинтетичної активності рослин у ці періоди, що, напевно, пов'язано з процесами запліднення.
Вивчення мінливості господарсько-цінних ознак у змієголовника молдавського дало змогу виділити високопродуктивні форми рослин з підвищеною врожайністю і масовою часткою ефірної олії, які становлять інтерес для селекції (табл. 4).
Таблиця 4
Характеристика кращих форм змієголовника молдавського за господарсько-цінними ознаками
Сортозразок | Висота рослин, см | Врожай надземної маси, кг/м2 | Масова частка ефірної олії, % від | Збір
ефірної
олії, г/м2 | Масова частка основних компонентів, %
сирої маси | абс. сухої маси
110586 | 81,1±3,1 | 2,07±0,17 | 0,17±0,07 | 0,68±0,19 | 3,51±0,56 | цитраль - 51,2%, геранілацетат - 21,5%
27588 | 72,7±4,1 | 2,21±0,20 | 0,15±0,06 | 0,60±0,23 | 3,32±0,48 | цитраль - 53,7%, геранілацетат - 26,4%
35688 | 91,2±3,2 | 1,92±0,22 | 0,18±0,08 | 0,73±0,21 | 3,45±0,71 | цитраль - 48,1%, геранілацетат - 27,3%
ранньостиглий | 85,0±3,1 | 2,11±0,21 | 0,23±0,07 | 0,92±0,30 | 4,58±0,62 | цитраль - 55,4%, геранілацетат - 22,7%
В цілому аналіз результатів проведених досліджень указує на значну цінність змієголовника молдавського як ефіроолійної і лікарської рослини, та на перспективність промислового культивування цієї культури в умовах Херсонської області.
ВИСНОВКИ
1. Комплексні дослідження змієголовника молдавського дали змогу встановити, що в нових умовах вирощування рослини проходять повний цикл свого розвитку, мають високу продуктивність, здатні до розмноження, дають повноцінне насіння і можуть успішно вирощуватись в Херсонській області.
2. Встановлено, що насіння має неглибокий фізіологічний спокій, основна частина життєздатного насіння проростає в перші 7 діб. Кращі посівні якості має зріле свіжозібране насіння, схожість якого досягає 98%. Високі показники схожості й енергії проростання зберігаються протягом перших трьох років зберігання.
3. Культура характеризується розтягнутим періодом цвітіння – від 30 до 50 діб, розвиток квіток проходить в акропетальній послідовності. Тривалість цвітіння однієї квітки 3-5 діб, у добовому ритмі відзначено один максимум розкритих квіток - у 1030 ранку. Встановлено оптимальну температуру повітря (t=21-23oC) і відносну вологість повітря (55-65%) для розпускання квіток.
4. Виявлено, що врожай сировини і продуктивність культури збільшуються з віком рослин, досягаючи максимальних значень у фазу масового цвітіння. Середня врожайність квіткової сировини в цей період складає 1,8-2,3 кг/м2.
5. Утворення і накопичення ефірної олії відбувається у всіх надземних органах. Ефірна олія локалізована в спеціальних секреторних структурах – залозистих волосках та ефіроолійних залозках, кількість яких корелює з масовою часткою ефірної олії (r=0,79). Виявлено, що найбільша щільність розміщення трихом нараховується в міжреберрях чашечки квітки (6,7 шт/мм2) і на нижній стороні листової пластинки (4,3 шт/мм2).
6. Дослідження формоутворення у змієголовника молдавського дало змогу виявити ранньостиглу і білоквіткову форми рослин, а також форми із шестигранним стеблом і мутовчастим листорозташуванням у порівнянні з чотиригранним стеблом і супротивним листорозташуванням, характерним для змієголовника молдавського. Вперше проведені схрещування між ними. Їх гібридологічний аналіз дав змогу встановити характер розщеплення – 1:1.
7. Аналіз компонентного складу ефірної олії змієголовника молдавського, вирощеного в Херсонській області, дав змогу ідентифікувати сім основних компонентів, найбільш цінним з який є цитраль. Встановлено кореляційні зв'язки в біосинтезі окремих компонентів. Виявлений високий від'ємний зв'язок (r= -0,78) між цитралем і геранілацетатом свідчить про сполученість у біогенезі цих терпеноїдів, що не дозволяє вести селекцію одночасно на максимальний вміст обох компонентів.
8. Результати досліджень морфо-біологічних і біохімічних особливостей, а також господарсько-цінних ознак змієголовника молдавського вказують на перспективність промислового вирощування цієї культури як ефіроолійної, пряноароматичної і лікарської рослини, і довели доцільність її впровадження в сільськогосподарське виробництво Херсонської області.
ПРАКТИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ
1. Висівати насіння необхідно навесні, оптимальним строком сівби є перша-друга декади квітня, при глибині закладання 1,5-2 см з нормою висіву 5-6 кг/га. Для сівби використовувати зріле, добре розвинуте насіння, що зберігалося не більше трьох років.
2. До періоду максимального накопичення біомаси (фаза бутонізації) створити найбільш сприятливі умови для росту й розвитку рослин – провести підживлення, розпушування і в разі потреби - полив. Збір ефіроолійної сировини проводити в ранкові години при сухій погоді в пізні фази цвітіння рослин, коли завершаться процеси сім'яутворення в нижній частині центрального суцвіття.
3. Збирати сировину необхідно на високому зрізі (не менше 20 см від поверхні ґрунту), з таким розрахунком, щоб зрізалися всі суцвіття без товстих стебел із старим пожовклим листям. Свіжозібрана надземна маса повинна негайно передаватися на переробку. Збирання насіннєвих плантацій необхідно проводити при повній стиглості насіння у суцвіттях першого й другого порядків розгалуження.
4. При плануванні і проведенні селекційно-насінницьких робіт необхідно виходити з того, що найбільше зав'язується насіння при запиленні квіток через 5-6 діб після кастрації, при вступі приймочок у функціональну фазу.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Овечко С.В. Биология цветения змееголовника молдавского в условиях степной зоны юга Украины // Бюлл. Гос. Никитск. ботан. сада. - 2001. - Вып. 82. - С. 78-80.
2. Овечко С.В. Изучение динамики накопления и состава эфирного масла
