Практикум по репродуктивной биологии семенных растений

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРАКТИКУМ ПО РЕПРОДУКТИВНОЙ
БИОЛОГИИ
СЕМЕННЫХ РАСТЕНИЙ
Учебное пособие
по курсу «Репродуктивная биология семенных растений»
Томск
2014
РАССМОТРЕНО И УТВЕРЖДЕНО методической комиссией
Биологического института
Протокол № ___ от «___» _________ 2014 г.
Председатель МК БИ А.Л. Борисенко
Беляева Т.Н., Харина Т.Г., Пулькина С.В., Бутенкова А.Н.
Практикум по репродуктивной биологии семенных растений :
учебное пособие. – Томск : Издательский дом Томского государственного университета, 2014. – 68 с.
Учебное пособие предназначено для бакалавров, специалистов
и магистров биологических и агрономических специальностей, а
также может быть полезно аспирантам и преподавателям ВУЗов, ботаникам широкого профиля, специалистам в области интродукции
растений, селекции, агрономии, экологии, физиологии растений.
Для студентов, обучающихся по специальности 020400 «Биология».
УДК 582.5
Рецензенты:
А.С. Ревушкин, доктор биологических наук, профессор;
Г.И. Калинкина, доктор фармацевтических наук, профессор
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Экология цветка
Глава 2. Гаметогенез покрытосеменных растений
Глава 3. Семенная продуктивность растений
Глава 4. Прорастание семян
Глава 5. Покой семян
Глава 6. Вегетативное размножение растений
Глоссарий
Оборудование и материалы
Список основной и дополнительной литературы
Приложение 1. Форма отчета
Приложение 2. Методики приготовления реактивов
Приложение 3. Демонстрационный материал
3
4
8
12
16
23
30
36
42
52
53
55
56
59
ВВЕДЕНИЕ
Репродуктивная биология – область исследований, возникшая
на стыке ботаники, эмбриологии, антэкологии, генетики, физиологии и селекции растений. Она включает изучение органогенеза
цветка, цветения и опыления, оплодотворения, эмбриогенеза, созревания семян, диссеминации, покоя и прорастания семян, вегетативного размножения.
Вопросы репродуктивной биологии генерируются Международной ассоциацией исследователей систем размножения растений
(IASPRR) и являются предметом обсуждения на Международных
конгрессах.
В последние десятилетия все более актуальной становится проблема изучения действия экологических факторов на растительные
организмы. Стрессовое состояние растений приводит к функциональным расстройствам и нарушениям генеративных процессов.
Решающее значение для выявления характера и эффективности
возобновления растений и определения нарушений в генеративной
сфере имеют цитоэмбриологические исследования, включая изучение
особенностей строения и функционирования семязачатка и семени.
В современной ботанике проблема репродуктивной биологии
является ключевой, так как охватывает изучение особенностей
процессов репродукции в различных таксонах на разных уровнях
их организации. Данные репродуктивной биологии позволяют
дать ответы на целый ряд вопросов, касающихся формирования и
организации генеративных структур, а также механизмов опыления, оплодотворения и образования семян у растений, выявить
причины низкой семенной продуктивности. Биологическую результативность всех предшествующих репродуктивных процессов
определяет семенное возобновление, и особого внимания заслуживает вопрос о соотношении между потенциальной и реальной
семенной продуктивностью.
Эффективное решение проблемы сохранения биологического
разнообразия, организация охраны отдельных видов растений тре4
бует знания комплекса вопросов: первостепенную роль при этом
играет изучение репродуктивной биологии, а в ее рамках – биологии семенного размножения вида.
Повышение урожайности сельскохозяйственных культур, разработка и осуществление селекционных программ невозможны без
исследований в области репродуктивной биологии. В настоящее
время, когда все более остро встает вопрос о создании высокопродуктивных сортов, использовании новых видов полезных растений, получении полноценных семян у гибридов, выявлении критических периодов в жизненном цикле растений, необходима
подготовка профессиональных кадров, способных на высоком современном научном уровне проводить фундаментальные и прикладные исследования.
Таким образом, важность изучения вопросов, относящихся к
репродуктивной биологии, не вызывает сомнений.
Предлагаемое учебно-методическое пособие разработано в
рамках спецкурса «Репродуктивная биология семенных растений».
Целью освоения курса является обеспечение базового фундаментального образования в области репродуктивной биологии семенных растений.
Задачами практических и лабораторных работ, приведенных в
методическом пособии, являются:
– ознакомление с современными терминами и понятиями в области репродуктивной биологии, теоретическими основами репродуктивного процесса;
– развитие практических навыков и умений при выполнении
исследований, связанных с изучением семенной продуктивности и
всхожести семян, проведении цитоэмбриологических исследований;
– обучение владению современными технологиями вегетативного размножения растений.
В результате обучения на практических и лабораторных занятиях студент должен:
Знать: представления, лежащие в основе репродуктивной биологии семенных растений; методики экспериментальных исследований.
5
Уметь: планировать эксперимент, осуществлять регистрацию
результатов, проводить анализ и обработку полученных данных с
использованием современного оборудования.
Владеть: навыками работ по изучению биологии цветка, микроспорогаметогенеза, всхожести семян и семенной продуктивности,
вегетативному размножению растений, применять полученные
знания на практике.
В пособии приведены задания к 2 лабораторным и 4 практическим работам, выполняемым в рамках предлагаемого курса.
Издание рассчитано на студентов, аспирантов и преподавателей ВУЗов, ботаников широкого профиля, специалистов в области интродукции растений, селекции, агрономии, экологии,
физиологии растений.
Предлагаемые лабораторные и практические задания способствуют формированию общекультурных, образовательных, коммуникативных компетенций студентов, расширяют теоретические знания и
практические умения в области репродуктивной биологии. Лабораторные и практические опыты играют роль необходимой модели для
понимания процессов, происходящих в природных условиях и агроценозах.
Предлагаемые методики (анатомические, цитоэмбриологические, цитогенетические и др.) апробированы, а в ряде случаев модифицированы авторами в процессе научной и преподавательской
деятельности. Большое внимание уделено экспресс методам с высокой чувствительностью.
Большое внимание уделено приготовлению временных препаратов,
анализ которых позволяет уложиться в отведенное для занятий время.
Предлагаемые методы направлены на изучение клеточных структур,
процессов гаметогенеза, оплодотворения, развития и прорастания семени, морфогенетической дифференциации зародыша. Каждой практической работе предшествует теоретическое обоснование. Значительно облегчает работу студентов приведенный в пособии словарь
ключевых терминов и понятий.
6
Навигация по учебному пособию:
Пособие состоит из введения, четырех практических занятий и
двух лабораторных работ, глоссария, перечня оборудования и материалов, списка основной и дополнительной литературы и трех приложений.
Структура практического занятия или лабораторной работы
включает краткие теоретические знания по теме; цель и задачи;
задание, которое регламентирует возможность осуществления индивидуальной или групповой работы, ход работы, описание результатов работы (таблица, рисунок, микрофотография) и выводов, перечня контрольных вопросов по теме. Вопросы помогут
систематизировать и закрепить полученные знания.
Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями
ФГОС ВПО.
7
ГЛАВА 1. ЭКОЛОГИЯ ЦВЕТКА
В жизни растений большое внимание уделяется изучению особенностей семенного размножения, включая все этапы репродуктивного процесса: цветения, опыления и плодоношения.
Одним из важных аспектов изучения репродуктивного процесса является выявление антэкологических особенностей видов
растений. Цветение – это состояние и процесс, биологическая
сущность которого заключается в последовательном развитии
цветка со специфичными для вида морфологическими и физиологическими особенностями, созревании андроцея и гинецея,
опылении с последующим оплодотворением. Так как от своевременного опыления зависит дальнейшее формирование семян,
изучение особенностей экологии цветения и опыления приобретает особую важность. Под экологией цветения и опыления понимается вся совокупность связей и взаимоотношений между
цветком и внешней средой.
Экология цветка изучает разнообразие морфологических и физиологических приспособлений в цветке, способствующих опылению.
Экология опыления исследует зависимость процессов опыления от агентов, его осуществляющих, и косвенно действующих
экологических факторов.
Тычинка – мужской генеративный орган цветка покрытосеменных растений, преобразованный в процессе эволюции микроспорофит. Совокупность тычинок называется андроцеем.
Число тычинок в цветке у разных видов покрытосеменных растений широко варьирует, что в первую очередь связано со способом опыления. Нередко расположенные в одном цветке тычинки
имеют разное строение (по форме или длине тычиночных нитей).
В цветке тычинки располагаются строго закономерно. У подавляющего большинства покрытосеменных растений тычинки расположены циклически или мутовчато.
Тычинки могут быть свободными или сросшимися. Тычинки
могут срастаться либо тычиночными нитями, либо пыльниками,
8
либо с венчиком или со столбиком пестика. Тычинка состоит из
тычиночной нити, посредством которой она нижним концом
прикреплена к цветоложу, и пыльника на её верхнем конце.
Пыльник имеет две половинки (теки), соединенные связником,
являющимся продолжением тычиночной нити. Каждая половинка разделена на два гнезда – два микроспорангия. Гнёзда пыльников иногда называют пыльцевыми мешками. Снаружи пыльник покрыт эпидермой и устьицами, затем располагается слой
эндотеция, за счёт которого при подсыхании пыльника вскрываются гнёзда. Глубже в молодом пыльнике проходит средний
слой. Содержимое клеток самого внутреннего слоя – тапетума –
служит питанием для развивающихся материнских клеток микроспор (микроспороцитов). В зрелом пыльнике перегородки
между гнёздами чаще всего отсутствуют, исчезает тапетум и
средний слой.
У некоторых растений часть тычинок становится стерильной.
Такие бесплодные тычинки называются стаминодиями. Часто тычинки функционируют как нектарники.
Лабораторная работа
Изучение фаз развития цветка
Цель – освоить методику изучения фаз развития цветка.
Задачи:
– освоить приемы выделения генеративных органов;
– осуществить определение степени готовности рыльца к восприятию пыльцевых зерен с помощью реакции Робинсона;
– проанализировать полученные результаты с определением
способов опыления исследуемых видов.
Задание. Для выявления фаз развития цветка необходимо использовать свежесобранный материал (соцветия или цветки на
разной степени формирования) или исследовать материал, фиксированный в спирт-уксусной смеси (3:1). Модельными объектами
9
могут служить представители семейства Asteraceae (астровые):
Serratula coronata L., Eupatorium cannabinum L.
Ход работы
1. Поместить на предметное стекло бутон.
2. Определить тип цветка (женский или обоеполый).
3. Отсортировать бутоны обоеполых цветков по степени развития, использовав номенклатуру отраженную в таблице 1 и приложении 3.
4. Провести описание вида по приведенной схеме. Объем выборки по каждой стадии – не менее 25 бутонов.
Таблица 1
Степень сформированности андроцея
Бутон
Плотный бутон
Начало раскрывания
бутона (расхождение
лепестков венчика)
Полное расхождение
лепестков венчика
Рост завязи и увеличение столбика в бутоне
Тычиночная трубка находится внутри бутона
Начало роста тычиночной трубки
Активный рост тычиночной трубки, раскрывание пыльников, высыпание пыльцы
5. Поместить на предметное стекло обоеполый цветок.
6. Выделить гинецей с помощью лезвия или препаровальной
иглы (выделение провести в капле воды, для исключения высыхания анализируемого материала).
7. Удалить воду с помощью фильтровальной бумаги.
8. Поместить объект в каплю 1% раствора перманганата калия.
Время экспозиции подбирается экспериментально по появлению
на рыльце окрашиваемых участков.
9. Описать женскую фазу развития обоеполого цветка. Дифференцировать степень окрашиваемости рыльца по фазам согласно
маркировочным признакам (таблица 2; приложение 3, рис. 1).
10. Поместить на предметное стекло женский цветок.
10
11. Отсортировать женские цветки, дифференцируя степень
окрашиваемости рыльца по фазам, согласно таблице 2 (приложение 3, рис. 2).
12. Провести анализ полученных данных и сделать вывод о типе опыления исследованного вида.
Таблица 2
Маркировочные признаки окрашивания рыльца
Морфология
рыльца гинецея
Сомкнутое
рыльце
Начало расхождения лопастей
рыльца
Полное расхождение лопастей
рыльца
Закручивание
лопастей рыльца
Неокрашенное рыльце
Точечное
окрашивание
Частичное
окрашивание
Полное
окрашивание
Контрольные вопросы по теме:
1. Что изучает антэкология?
2. Перечислите типы и способы опыления.
3. Дайте определение фертильности и жизнеспособности пыльцевых зерен.
4. Охарактеризуйте понятия: экология цветка и экология опыления.
5. Перечислите маркерные признаки фаз развития цветка
6. Назовите отличия в развитии обоеполого и женского цветка.
7. Перечислите фазы развития обоеполого цветка.
11
ГЛАВА 2. ГАМЕТОГЕНЕЗ
ПОКРЫТОСЕМЕННЫХ РАСТЕНИЙ
Цитоэмбриология – наука, изучающая процессы, происходящие
в генеративных органах:
развитие и строение завязи;
развитие микро и макроспор;
развитие мужского и женского гаметофитов;
развитие мужских и женских половых клеток;
развитие зиготы и эндосперма.
Задачами цитоэмбриологии является выяснение закономерностей процесса размножения и разработка способов управления
этим процессом у культурных растений.
Специфичность цитоэмбриологии заключается в том, что она
изучает микроскопические структуры: споры, гаметы, зиготы, зародыш и др., используя цитологические методы.
В пыльнике происходит два важнейших процесса: микроспорогенез и микрогаметогенез. Процесс формирования микроспор из
материнских клеток называется микроспорогенезом. Материнские
клетки микроспор в начале развития близко примыкают друг к
другу и связаны плазмодесмами. По мере развития они обособляются друг от друга, свободно располагаясь в полости пыльника, в
это время они усиленно растут и приступают к делению – мейозу.
До начала мейоза в материнских клетках микроспор клетки тапетума соединены друг с другом плазмодесмами. В результате мейоза из материнских клеток микроспор образуются тетрады микроспор, развивающиеся в дальнейшем в мужские гаметы.
Образования микроспор включает 3 категории:
Симультанный тип – первое деление мейоза не сопровождается
цитокинезом, тетрада микроспор образуется одновременно после
второго деления мейоза.
Сукцессивный тип – последовательное образование микроспор:
после первого деления мейоза образуется диада клеток, после второго – тетрада клеток.
12
В литературе описано пять типов расположения микроспор в
тетрадах: тетраэдрическое, изобилатеральное, крест-накрест,
Т-образное и линейное. Из них наиболее часто встречаются тетраэдрическое и изобилатеральное.
Нарушения образования микроспор происходит вследствие
аномалий мейоза.
Продолжительность пребывания микроспор в состоянии тетрад
у большинства покрытосеменных растений, цветущих в жаркое
время года, определяется несколькими часами или сутками. По
литературным данным у традесканции – 22 часа, а у лиственных
древесных пород – 2–3 недели или более в зависимости от условий
погоды во время микроспорогенеза.
Еще до растворения каллозной оболочки материнской клетки
микроспор вокруг каждой микроспоры начинает формироваться
собственная оболочка, называемая первичной экзиной. К этому
времени уже можно определить расположение проростковых пор.
Затем каллозная оболочка материнской клетки растворяется, а тетрада микроспор распадается на отдельные микроспоры, которые
превращаются в пыльцевые зерна
Формирование пыльцы включает 2 категории:
Пыльца двухклеточная – пыльцевое зерно содержит вегетативную и генеративную клетки.
Пыльца трехклеточная – пыльцевое зерно содержит вегетативную клетку и два спермия, образующихся из генеративной клетки.
Лабораторная работа
Цитоэмбриологическое исследование микроспорогаметогенеза
Цель – освоить методику приготовления и анализа цитоэмбриологических структур растений.
Задачи:
– освоить методику приготовления цитоэмбриологических
препаратов;
13
– провести анализ микропрепаратов на разных стадиях микроспорогаметогенеза;
– научиться анализировать полученные результаты и формулировать выводы.
Задание. Для изучения стадий микроспорогаметогенеза используют соцветия или бутоны видов растений семейства Asteraceae: Crepis sibirica L., Centaurea scabiosa L., Eupatorium purpureum (L.) E.E. Lamont, Liliaceae (лилейные), зафиксированные в
растворе спирт-уксусной смеси (3:1).
Ход работы
1. Измерить диаметр соцветия с оберткой и без обертки.
2. С помощью препаровальной иглы достать бутон из соцветия
растения и, поместив на предметное стекло, измерить длину бутона при помощи миллиметровой бумаги.
3. На бутон капнуть каплю ацеторсеина (для лучшего разделения частей цветка).
4. Под лупой произвести отделение пыльников от трубочки
венчика и пестика, удалив эти ткани.
5. На пыльники капнуть каплю ацеторсеина и осторожно прогреть стекло над пламенем спиртовки.
6. Накрыть препарат покровным стеклом и слегка раздавить
пыльники.
7. Рассмотреть содержимое пыльника, используя лупу или
микроскоп.
8. Поместить каплю глицерина при помощи препаровальной
иглы на одну из граней покровного стекла или окантовать препарат парафином.
9. Проанализировать препарат, используя фотографии (приложение 3, рис. 3, 4). Данные занести в таблицу 1.
10. Проанализировать результаты эксперимента и сделать конкретные выводы.
14
Таблица 1
Изучение микроспорогаметогенеза
Диаметр Длина
соцветия, бутона,
см
мм
ТПЗ
ДПЗ
Тетрады
ПЗ без эзины
ОПЗ
Т II
А II
П II
М II
ТI
АI
ПI
МI
Стадии микроспорогаметогенеза
археспорий
Вид
Примечание – ПЗ – пыльцевое зерно; ОПЗ – одноядерное пыльцевое зерно;
ДПЗ – двуклеточное пыльцевое зерно; ТПЗ – трехклеточное пыльцевое зерно
Контрольные вопросы по теме:
1. Дайте определение микроспорогаметогенеза.
2. Чем отличается понятие микроспорогенез от микроспорогаметогенеза?
3. Что такое мейоз?
4. Чем отличается первое деление мейоза от второго?
5. Какие факторы влияют на повышение уровня мутаций в мейозе?
6. В чем заключается причина снижения фертильности пыльцевых зерен?
7. Какое практическое применение имеет определение хода
микроспорогенеза для селекции и интродукции?
8. Перечислите стадии микроспорогаметогенеза.
9. Почему гаплоидная стадия мужского гаметофита наиболее
чувствительна к внешнему воздействию?
15
ГЛАВА 3. СЕМЕННАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ
РАСТЕНИЙ
Исследование семенного размножения имеет теоретическое и
практическое значение для решения вопросов популяционной
биологии, интродукции, является научной основой сохранения и
мониторинга редких и нуждающихся в охране видов растений.
Репродуктивный цикл подразделяется на 8 этапов: органогенез
цветка, цветение, опыление и оплодотворение, формирование плодов и семян, диссеминация, покой семян, прорастание семян, формирование проростков и всходов. Семенная продуктивность как
составляющая репродуктивного процесса является одним из важнейших показателей жизнеспособности вида в конкретных условиях
обитания. Она зависит от комплекса наследственной информации
(генотипа) и его реализации в определенных условиях среды.
Определение потенциальной семенной продуктивности позволяет охарактеризовать репродуктивные возможности вида, способность его к самовоспроизведению в ценопопуляциях и агроценозах. Потенциальная семенная продуктивность зависит от
численности генеративных особей в популяции, числа побегов,
числа цветков в соцветии и числа семязачатков или пестиков (если
плоды односемянные) в цветке. Размер потенциальной семенной
продуктивности контролируется 4 группами факторов: генетическими (жизнеспособность пыльцы, особенности оплодотворения и
эмбриогенеза и др.), физиологическими (возрастное и жизненное
состояние особи), экологическими (ресурсы и условия среды обитания растений), ценотическими. Максимальную потенциальную
семенную продуктивность имеют растения, произрастающие в
условиях эколого-ценотического оптимума.
Реальная семенная продуктивность зависит от комплекса абиотических и биотических факторов: способа и условий опыления,
наличия фитофагов, метеорологических условий и др., что приводит
к ее значительной изменчивости. Интегральным показателем реали-
16
зации возможностей семенного размножения вида в конкретных
условиях является коэффициент семенной продуктивности.
Важными показателями репродуктивной стратегии растений являются урожайность (урожай) семян – количество или масса семян
на единицу площади и репродуктивное усилие – доля от общей фитомассы растения, приходящаяся на репродуктивные органы. Расчет
репродуктивного усилия проводится по фитомассе всей совокупности репродуктивных структур, фитомассе семян, фитомассе цветков.
Задание. Для изучения семенной продуктивности используют виды растений семейства Asteraceae и Primulaceae. Случайная выборка в 50–100 побегов является более или менее достаточной.
При определении семенной продуктивности особи подсчитывают
число генеративных побегов на 50–100 особях, и данные пересчитывают на особь. Ввиду временных ограничений объем выборки
ограничить 50 генеративными побегами первоцвета крупночашечного - Primula macrocalyx Bunge и 15 соцветиями эхинацеи пурпурной - Echinacea purpurea (L.) Moench. Работа проводится группой
5 человек
Лабораторная работа
Определение семенной продуктивности
Цель – освоение методик определения семенной продуктивности растений.
Задачи:
– ознакомление с современными понятиями и терминами, характеризующими семенную продуктивность;
– развитие практических навыков и умений при выполнении
исследований, связанных с определением семенной продуктивности;
– развитие способностей проводить анализ и обработку полученных результатов с использованием методов статистического
анализа.
17
Определение семенной продуктивности
первоцвета крупночашечного
Ход работы
1. Определить потенциальное плодообразование и плодообразование, т.е. число цветков и завязавшихся плодов на генеративных побегах первоцвета крупночашечного.
2. Занести полученные данные в таблицу Microsoft Office Excel.
При этом указывается название вида, место и дата сбора, например:
примула крупночашечная, окрестности Томска, 16.07.2014.
3. Провести статистическую обработку полученных данных по
методике Г.Н. Зайцева [1973] с использованием программы Statistica. Определить следующие показатели: М (Mean) – среднюю
арифметическую; m – ошибку средней арифметической, σ – стандартное отклонение, CV – коэффициент вариации, MinMax – минимальное и максимальное значение.
4. Оценить уровни варьирования признаков. Уровни варьирования приняты по Г.Н. Зайцеву: CV > 20% – высокий,
CV = 11–20% – средний, CV < 10% – низкий.
5. Занести данные в таблицу 1.
Таблица 1
Параметры семенной продуктивности первоцвета крупночашечного
Название вида,
место и год
сбора
Primula macrocalyx Bunge,
окрестности
Томска,
16.07.2014
Среднее число цветков на
побеге (N1)
Среднее число плодов на
побеге (N2)
Среднее число семяпочек
в завязи (N3)
Среднее
число семян
в плоде (N4)
6. Определить число семяпочек в завязи и число семян в плодах
первоцвета крупночашечного (плоды зафиксированы в отдельных
пакетах). Ввиду временных ограничений объем выборки устанав-
18
ливается равный 25 плодам на группу 5 человек. Число семяпочек
в завязи рассчитывается с использованием микроскопа МБС–1.
7. Занести данные в таблицу Microsoft Office Excel и рассчитать
средние значения признака, стандартного отклонения, ошибки
средней арифметической, уровней варьирования признака.
8. Занести данные в таблицу 1.
9. Рассчитать процент плодоцветения (процент плодообразования) по формуле:
ПП = (N2 : N1) × 100,
где ПП – процент плодоцветения (%), N1 – среднее число цветков
на побеге, N2 – среднее число завязавшихся плодов на побеге.
10. Рассчитать потенциальную семенную продуктивность генеративного побега по формуле:
ПСП= N1 × N3,
где ПСП – потенциальная семенная продуктивность (семяпочек/побег), N1 – среднее число цветков на побеге, N3 – среднее
число семяпочек в завязи.
11. Рассчитать реальную семенную продуктивность генеративного побега по формуле:
РСП= N2 × N4,
где РСП – реальная семенная продуктивность (семян на побег), N2 –
среднее число плодов на побеге, N4 – среднее число семян в одном плоде.
12. Занести показатели в таблицу 2.
13. Рассчитать РСП и ПСП на особь с использованием данных
полевых исследований.
При расчете ПСП и РСП на особь, ПСП и РСП одного побега
умножаем на среднее значение числа генеративных побегов, продуцируемых одной особью (число побегов на особь принять равным 6).
14. Рассчитать урожайность семян (число семян на 1 м2) по формуле:
Ур = РСП × N,
где Ур – урожайность (урожай) семян, РСП – реальная семенная
продуктивность генеративного побега, N – среднее число генеративных побегов на единицу площади (1 м2). Принять N = 12.
19
Урожайность можно рассчитать на массу семян:
Урм = Ур × (М1 : 1000),
где М1 – масса 1000 семян, Ур – урожайность семян по числу семян, Урм – урожайность семян, г. Принять массу 1000 г семян
примулы крупночашечной равной 0,98 г.
15. Занести показатели в таблицу 2.
Таблица 2
Процент плодоцветения и семенная продуктивность
первоцвета крупночашечного
Процент
плодоцветения
ПСП на
побег
РСП на
побег
ПСП на
особь
РСП на
особь
Урожайность
семян, г
Коэффициент
семенной продуктивности
16. Определить коэффициент семенной продуктивности по формуле:
КСП = (РСП : ПСП) × 100
где ПСП – потенциальная семенная продуктивность, РСП – реальная семенная продуктивность, КСП – коэффициент семенной продуктивности, %.
17. Занести результаты в таблицу 2.
18. Сделать вывод о соотношении ПСП и РСП первоцвета
крупночашечного.
Определение семенной продуктивности
эхинацеи пурпурной
Ход работы
1. Определить число цветков в верхушечных соцветиях эхинацеи
пурпурной.
2. Занести полученные данные в таблицу Microsoft Office Excel.
При этом указывается название вида, место и дата сбора, например: эхинацея пурпурная, экспериментальный участок Сибирского
ботанического сада, 23.09.14.
20
3. Провести статистическую обработку полученных данных по
методике Г. Н. Зайцева [1973] с использованием программы Statistica.
4. Определить следующие показатели: М (Mean) – средняя
арифметическая; m (SE) – ошибка средней арифметической, σ –
стандартное отклонение, CV – коэффициент вариации, MinMax –
минимальное и максимальное значение признака.
5. Определить число семянок в соцветиях эхинацеи пурпурной
(10.11.14). Занести данные в таблицу Microsoft Office Excel и рассчитать средние значения признака, стандартного отклонения,
ошибки средней арифметической, уровней варьирования признака.
6. Занести данные в таблицу 3.
7. Оценить уровни варьирования признаков.
8. Рассчитать процент плодоцветения по формуле:
ПП = (N2: N1) × 100
где ПП – процент плодоцветения, %, N1 – среднее число цветков в
соцветии, N2 – среднее число завязавшихся плодов (семянок).
Таблица 3
Параметры семенной продуктивности эхинацеи пурпурной
Название вида,
место и год сбора
Echinacea purpurea
(L.) Moench, опытный участок СибБС
ТГУ, 2014
Среднее число цвет- Среднее число семя- Процент плоков в соцветии (ПСП) нок в соцветии (РСП) доцветения
9. Рассчитать потенциальную и реальную семенную продуктивность в верхушечном соцветии эхинацеи пурпурной. Т.к. плод
эхинацеи – сухой односемянный (семянка), ПСП определяется как
число цветков, а РСП как число завязавшихся плодов в соцветии.
12. Рассчитать коэффициент семенной продуктивности эхинацеи пурпурной.
13. Сравнить коэффициенты семенной продуктивности у примулы крупночашечной и эхинацеи пурпурной. Сделать вывод об
21
эффективности реализации потенциальных возможностей семенного размножения у исследованных видов.
Контрольные вопросы по теме:
1. Как рассчитать потенциальную и реальную продуктивность?
2. Какой интегральный показатель характеризует эффективность
реализации потенциальных возможностей семенного размножения?
3. Охарактеризуйте группы факторов, контролирующие показатели потенциальной семенной продуктивности.
4. Какие абиотические и биотические факторы влияют на показатели реальной семенной продуктивности?
5. Как рассчитать урожайность семян?
6. Как определить репродуктивное усилие у растений?
22
ГЛАВА 4. ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН
Семена – особые многоклеточные структурные единицы воспроизведения, размножения и диссеминации семенных растений.
Зрелые семена в большинстве случаев состоят из зародыша,
защитных покровов (семенной кожуры) и специализированных
запасающих тканей: эндосперма или (и) перисперма. Выделяют
последовательные стадии развития зародыша покрытосеменных
растений: проэмбрио и глобула, сердцевидная стадия, раннее торпедо, позднее торпедо, хорошо дифференцированный зародыш.
Семена различаются по типу семязачатка, размерам, форме,
скульптуре и цвету поверхности, характеристикам семенного рубчика и др. Морфологические и физиологические свойства семян
формируются в процессе эволюции. Способы диссеминации семян
многообразны. Под термином «семена» иногда понимают диаспоры: семена, плоды, редко соплодия (свекла).
Посевные качества семян характеризуются комплексом показателей, основными из которых являются: всхожесть, энергия прорастания,
масса 1000 семян в воздушно-сухом состоянии, чистота, влажность,
зараженность. Для культурных растений существуют государственные
стандарты определения посевных качеств семян (ГОСТЫ).
Международная организация по анализу семян (ISTA) разработала «Международные правила тестирования семян». Важнейшей
задачей организации является сертификация посевного материала.
Различают лабораторную и полевую (грунтовую) всхожесть
семян. Под лабораторной всхожестью семян понимают процент
проросших семян при оптимальных условиях. Проросшими принято считать семена с длиной корешка равной половине длины
семени, а у мелких семян - двойной длине. При этом согласно
ИСТА при определении лабораторной всхожести следует учитывать проросшие семена, образовавшие нормально развитые проростки. Грунтовую всхожесть рассчитывают как число всходов на
поверхности почвы, выраженное в процентах от общего числа посеянных семян.
23
Под энергией прорастания, согласно ГОСТ 13056.6-75 понимают процент проросших семян за определенный срок, установленный для растения.
Скорость прорастания оценивают как отношение доли проросших семян к периоду прорастания или как среднее время прорастания одного семени.
При оценке силы семян обычно учитывают темпы роста и морфологические параметры развития проростков. Результаты анализа
проростков оцениваются в баллах. Сила семян выражается в доле
проростков с максимально высоким баллом и рассчитывается в %.
Для быстрого определения жизнеспособности семян используют биохимические и биофизические методы (тетразольный, с помощью витальных красителей, рентгенографический и др.).
Решающими условиями для прорастания семян являются наличие воды и температурный режим. Различают минимальную, максимальную и оптимальную температуры прорастания. Большое
значение для прорастания диаспор многих видов имеют условия
освещения и газовый состав среды. Выделяют семена светочувствительные, темновсхожие и индифферентные к свету.
При прорастании семян происходит цепь последовательных и взаимосвязанных событий: поступление воды и набухание семян, активация метаболизма, мобилизация запасных веществ, начало роста зародыша, формирование проростка с самостоятельной фитогормональной
системой. Различают эпигеальное и гипогеальное прорастание.
По длительности сохранения жизнеспособности семян выделяют 3 группы видов: микробиотики – семена сохраняют всхожесть
не более 3 лет, мезобиотики – семена сохраняют всхожесть до 15
лет, макробиотики – семена сохраняют всхожесть более 15 лет.
Различают также хозяйственное (время, в течение которого семена
удовлетворяют по жизнеспособности требованиям государственных стандартов), генетическое (время сохранения генетической
целостности) и биологическое (промежуток времени, в течение
которого у данной партии семян полностью утрачивается жизнеспособность) долголетие семян.
24
Лабораторная работа
Методика определения лабораторной всхожести семян
Цель – освоение лабораторных методов оценки жизнеспособности семян.
Задачи:
– ознакомление с современными понятиями и терминами, характеризующими прорастание семян;
– развитие практических навыков и умений при выполнении исследований, связанных с проращиванием семян в лабораторных условиях,
в том числе освоение принципов работы термостата;
– развитие способностей проводить анализ и обработку полученных результатов.
Задание. Использовать диаспоры видов семейства Asteraceae и
Primulaceae. Заложить 4 пробы по 50–100 семян в каждой. Проращивание семян осуществить на искусственной среде – фильтровальной бумаге в чашках Петри, которые устанавливаются в специальные термостаты. Работа проводится группой из 4 человек.
Каждый студент закладывает по одной пробе каждого вида.
Оценку степени пораженности семян фитопатогенными микроорганизмами провести на примере различных сортов флокса метельчатого (Phlox paniculata L.).
Ход работ
1. Ознакомление с разнообразием диаспор на примере коллекции Сибирского ботанического сада (приложение 3, рис. 5).
2. Вырезать окружности (диски) из фильтровальной бумаги.
Фильтровальную бумагу увлажнить до полной влагоемкости,
опуская в воду и давая стечь избытку воды.
3. Выложить семена примулы Палласа и семянки эхинацеи
пурпурной в чашки Петри с помощью пинцета и накрыть сверху
крышками (приложение 3, рис. 6).
25
4. В каждую пробу семян поместить этикетку с указанием регистрационного номера или написать регистрационный номер на
крышке чашки Петри.
5. Ознакомиться с основными принципами работы термостата
на основе инструкции по его эксплуатации.
6. Установить заданную температуру в термостате (22°С).
7. Поместить чашки Петри в термостат. Проверять состояние
увлажнения в чашках Петри следует ежедневно. При проращивании на
свету необходимо обеспечить освещенность не менее 8 часов в сутки.
8. Данные о заложенных на проращивание семенах внести в таблицу 1. День подсчета и день закладки опыта считать за одни сутки.
Таблица 1
Регистрационный журнал определения лабораторной всхожести семян
Название
вида
Примула
Палласа
Эхинацея
пурпурная
Регистрационный
№ чашки Петри
Дата закладки
семян
Условия эксперимента
(температура)
Условия эксперимента (освещенность)
1
30.11.2014
22°С
свет
2
3
4
30.11.2014
30.11.2014
30.11.2014
22°С
22°С
22°С
свет
свет
свет
5
30.11.2014
22°С
темнота
6
7
8
30.11.2014
30.11.2014
30.11.2014
22°С
22°С
22°С
темнота
темнота
темнота
9. Ознакомиться с таблицами учета всхожести семян (таблица
2) и оценки достоверности различий (таблицы 3, 4).
К всхожим относят семена, имеющие нормально развитый проросток. При учете всхожести отдельно подсчитывают нормально
проросшие, набухшие, твердые, загнившие и ненормально проросшие семена (таблица 2). К непроросшим относят набухшие и твердые семена. К невсхожим – загнившие и ненормально проросшие.
26
Всхожесть определяют, вычисляя среднее из четырех повторностей по 100 семян и выражая его в процентах. Результаты считаются достоверными только тогда, когда разница между повторностями с наивысшей и наименьшей всхожестью не превышает
установленных пределов (таблицы 3, 4).
10. Сделать вывод о влиянии условий проращивания на всхожесть семян.
Таблица 2
Характеристика основных категорий проростков
при оценке всхожести семян
Нормально
проросшие
Набухшие
Твердые
Загнившие
Ненормально проросшие
Имеют нарушения в развитии: нет зародышевых корешков, или они слабые,
водянистые; главный зароК моменту
дышевый корешок укороченучета всхоСемена с
ный, со вздутиями, останоХорошо
жести не
мягким
вившийся в росте, длинный
развитые
проросли,
разложивнитевидный, веретенообразкорешки,
но имеют
шимся энный, имеет повреждения,
семядоли,
здоровый
доспермом затрагивающие проводящие
гипокотиль,
вид. Не
К концу
или перис- ткани и др.; почечка отсутэпикотиль.
раздавлипроращива- пермом,
ствует или загнившая, имеМогут быть
ваются при ния не
почерневются нарушения в развитии
незначинажиме
набухли и
шим или
колеоптиля.
тельные
пинцетом
не измени- загнившим Гипокотиль короткий и
дефекты, не
или препа- ли внешне- зародышем, утолщенный, скрученный,
представровальной го вида.
с загнивизогнутый, водянистый, сегляющие
иглой, или
шими коментированный, с трещиной,
угрозы для
из них вырешками,
затрагивающей проводящие
жизнедеядавливаютсемядоляткани. Эпикотиль короткий и
тельности
ся здоровые
ми, почеч- утолщенный, скрученный, с
растений.
семядоли
кой и др.
открытой трещиной, затраги(бобовые).
вающей проводящие ткани.
Семядоли утрачены более
чем на 1/3 или полностью,
ненормально увеличены при
укороченном колене.
27
Таблица 3
Оценка достоверности различий при выборке семян 4 пробы по 100 штук
Среднее значение всхожести
семян, %
99 или 100
от 97 до 98 / от 2 до 3
от 95 до 96 / от 4 до 5
от 92 до 94 / от 6 до 8
от 88 до 91 / от 9 до 12
от 83 до 87 / от 13 до 17
от 75 до 82 / от 18 до 25
от 62 до 74 / от 26 до 38
от 39 до 61
Допускаемое отклонение результатов анализа отдельных проб от среднего значения
–2
±3
±4
±5
±6
±7
±8
±9
± 10
Таблица 4
Оценка достоверности различий при выборке семян 4 пробы по 50 штук
Среднеарифметическое значение
всхожести, %
99 или 100
98 / 2
97 / 3
от 95 до 96 / от 4 до 5
от 93 до 94 / от 6 до 7
от 90 до 92 / от 8 до 10
от 88 до 89 / от 11 до 12
от 84 до 87 / от 13 до 16
от 79 до 83 / от 17 до 21
от 74 до 78 / от 22 до 26
от 65 до 73 / от 27 до 35
от 36 до 64
Допускаемое отклонение результатов анализа отдельных проб от
среднего, %
-2
±4
±5
±6
±7
±8
±9
±10
±11
±12
±13
±14
Определение степени поражаемости семян фитопатогенными микроорганизмами
Ход работы
1. Достать из холодильника чашки Петри с заложенными семенами различных сортов флокса метельчатого (приложение 3, рис. 7).
28
2. Определить средний процент пораженных семян сортов
флокса визуально по четырем пробам в соответствии с таблицей 5.
Таблица 5
Учет поражаемости семян плесневыми грибами
Степень поражения семян
Слабая
Средняя
Сильная
Семена, покрытые плесневыми грибами, %
До 5 %
До 25 %
Более 25 %
3. Полученные данные внести в таблицу 6.
4. Сделать вывод об устойчивости или неустойчивости семян
различных сортов флокса к плесневым грибам.
Таблица 6
Оценка пораженности семян флокса метельчатого
плесневыми грибами в эксперименте
Регистрационный
номер чашки Петри
Название сорта
флокса метельчатого
Степень пора- Степень поражения
жения семян, %
семян по шкале
Контрольные вопросы по теме:
1. Назовите основные структурные компоненты зрелого семени.
2. Кратко охарактеризуйте основные фазы развития зародыша.
3. Перечислите основные посевные качества семян.
4. Как определить лабораторную и грунтовую всхожесть семян?
5. Что подразумевают под энергией прорастания и скоростью
прорастания семян?
6. Чем эпигеальное прорастание отличается от гипогеального?
7. В чем состоит сущность оценки всхожести семян по состоянию проростков? Какие категории проростков при этом выделяют?
8. Оцените роль воды при формировании, созревании и прорастании семян.
29
ГЛАВА 5. ПОКОЙ СЕМЯН
Покой семян рассматривают как приспособление для перенесения неблагоприятных внешних условий в определенные периоды
онтогенеза, которое способствует сохранению запаса семян в почве.
Различают вынужденный (quiescence) и органический (dormancy) покой семян.
Вынужденный покой семян обычно связан с отсутствием необходимых для прорастания условий, например воды, подходящей
температуры и др., т.е. он обусловлен факторами внешней среды.
Под органическим покоем понимают задержку прорастания семян, связанную со свойствами зародыша или окружающих его
тканей. Причины и длительность органического покоя, а также
условия его нарушения различаются.
Согласно общепринятой классификации, выделяют 3 группы
типов покоя семян: экзогенный, эндогенный и комбинированный.
Экзогенный покой семян обусловлен свойствами покровов зародыша (водонепроницаемость, присутствие в околоплоднике ингибиторов, механическое препятствие со стороны покровов). Семена,
которые при благоприятных условиях не набухают и не прорастают, называют твердыми (большинство Fabaceae, некоторые виды
Malvaceae, Tiliaceae и др.). Водонепроницаемость твердых семян
связана с присутствием в семенной кожуре палисадного слоя клеток или с другими элементами кожуры. Нарушение покоя происходит, как правило, в результате различных физических (скарификация,
импакция и др.) и химических (обработка семян щелочами, кислотами, органическими растворителями и др.) воздействий.
Эндогенный покой определяется главным образом свойствами
зародыша, т.е. его недоразвитием – НЗ (морфологический покой)
или особым физиологическим механизмом торможения (ФМТ)
прорастания семян разной степени (физиологический покой) или
сочетанием ФМТ и НЗ (морфофизиологический покой).
30
У растений с морфологическим типом покоя семян прорастание
не происходит до тех пор, пока не завершится доразвитие зародыша,
и условием преодоления покоя является, как правило, теплая стратификация при 10–25°С в течение нескольких дней или месяцев.
Наиболее распространены типы физиологического покоя семян –
неглубокий и глубокий. Неглубокий покой семян может быть нарушен различными воздействиями (сухое хранение, повреждение покровов, короткая холодная стратификация и др.); глубокий покой семян – только длительной холодной стратификацией. Предполагают,
что причиной физиологического покоя семян является низкий уровень
активности ферментов. Регуляторами ростовых процессов в семенах
являются фитогормоны. При определенных условиях гормональная
обработка семян, находящихся в физиологическом покое, гибберелловой кислотой и цитокининами стимулирует их прорастание.
Нарушение морфофизиологического покоя семян происходит
обычно под влиянием двухэтапной или трехэтапной стратификации
или холодной стратификации разной длительности, которая может
быть заменена обработкой гибберелловой кислотой. Нередко наблюдается комбинирование двух и более типов покоя семян, в этом случае семена нуждаются в сложной предпосевной обработке.
Установление типа покоя способствует научно обоснованной
разработке оптимальных условий прорастания семян и имеет важное практическое значение.
Попытки выявить гены покоя семян пока не увенчались успехом; более перспективными оказались исследования по выявлению экспрессии генов, ответственных за прорастание семян.
Лабораторная работа
Устранение покоя семян
Цель – изучение методов ускоренного проращивания семян.
Задачи:
– ознакомление с понятиями и терминами, характеризующими
покой семян, современной классификацией типов покоя;
31
– изучение зависимости прорастания семян от состояния зародыша и внешних факторов;
– развитие практических навыков и умений при выполнении исследований, связанных с преодолением покоя семян в лабораторных условиях;
– развитие способностей проводить анализ и обработку полученных результатов.
Задание. Использовать семена видов растений семейств Fabaceae, Ranunculaceae, Polemoniaceae, фотографии анатомического
строения семян. Работа проводится группой из 3 человек.
Устранение покоя семян обработкой фитогормонами
Ход работы
1. Ознакомиться с методикой приготовления растворов гибберелловой кислоты различной концентрации: 0,1 и 0,05 % (приложение 2).
2. Вырезать диски из фильтровальной бумаги.
3. Подготовить чашки Петри к посеву. Фильтровальную бумагу
увлажнить до полной влагоемкости, опуская в воду и давая стечь
избытку воды.
4. Выложить семена купальницы азиатской Trollius asiatiсus L.
в чашки Петри с помощью пинцета и накрыть сверху крышками.
Ввиду временных ограничений использовать 2 варианта опыта:
необработанные семена и семена, обработанные в 0,1% растворе
гибберелловой кислоты, с выборкой по 15 штук.
4. В каждую пробу семян поместить этикетку с указанием регистрационного номера или написать регистрационный номер на
крышке чашки Петри.
5. Установить температуру в термостате (20°С).
6. Поместить чашки Петри в термостат.
7. Проанализировать данные анатомического строения семени
Trollius asiatiсus, используя фотографии (приложение 3, рис. 8б).
32
8. Сравнить данные прорастания семян, обработанных гибберелловой кислотой, и данные контрольного варианта, представленные в таблице 1.
9. Сделать вывод об условиях преодоления покоя семян Trollius
asiatiсus.
Таблица 1
Влияние фитогормонов на всхожесть семян
Название вида
Trollius asiatiсus
Среднее арифметическое
Всхожесть семян при различных условиях эксперимента, %
После обработки 0.1 %
Контроль (без обработки)
гибберелловой кислотой
0
85,2
0
83,1
0
82,4
0
84,1
0
Преодоление покоя семян
скарификацией и термической обработкой
Ход работы
1. Ввиду временных ограничений использовать выборку в объеме 45 сухих семян люпина многолетнего или другого вида с экзогенным покоем семян. Разбить семена на 3 партии по 15 штук.
2. Протереть 15 семян люпина между двумя слоями наждачной
бумаги.
3. Повреждаем оболочку 15 семян люпина второй партии
острой препаровальной иглой со стороны, противоположной корешку зародыша.
4. Вскипятить воду. В один стаканчик налить горячую воду, в
другой – холодную.
33
4. 15 семян третьей партии поместить в марлевые мешочки и
опустить в кипяток на несколько секунд, а затем в холодную воду.
Проделать опыт 1-2 раза для повреждения оболочки.
5. Сделать вывод о типе покоя семян у люпина многолетнего,
устранение которого достигается скарификацией и термической
обработкой.
Преодоление покоя семян стратификацией
Ход работы
1. Ввиду временных ограничений использовать на выбор 15 семян первоцвета крупночашечного или 15 семян флокса метельчатого, обладающих физиологическим покоем.
2. Вырезать диски из фильтровальной бумаги.
3. Подготовить чашки Петри к посеву. Фильтровальную бумагу
увлажнить до полной влагоемкости, опуская в воду и давая стечь
избытку воды.
4. Выложить семена в чашки Петри с помощью пинцета и
накрыть сверху крышками.
5. Установить в термостате температуру + 2°С.
6. Установить чашки Петри с семенами для холодной стратификации в термостате.
7. Ознакомиться с оформлением данных согласно таблице 2.
Заполнить графы 1, 2, 3, 5.
Таблица 2
Преодоление покоя семян посредством холодной стратификации
Название
вида
ЖизнеспоДлительДата
Номер
Темпесобность
ность
чашки
ратура,
семян, %
стратиначала
страокончания
страПетри
°С
фикации
тификации
тификации
1
2
Примечание – 1 – контроль (без стратификации), 2 – после стратификации
34
5. Проанализировать особенности анатомического строения семян первоцвета крупночашечного, флокса метельчатого (приложение 3, рис. 8а, 8г).
6. Высказать предположения о возможных механизмах преодоления ФМТ при холодной стратификации.
7. Сделать вывод о связи анатомического строения семян с типом покоя семян и условиях преодоления физиологического покоя.
Контрольные вопросы по теме:
1. В чем состоит отличие вынужденного покоя от органического?
2. Назовите основные типы органического покоя семян.
3. Дайте определение понятия «скарификация семян». Чем она
отличается от стратификации?
4. Охарактеризуйте роль фитогормонов в прорастании семян.
5. Перечислите основные методы преодоления покоя семян.
6. Охарактеризуйте связь анатомического строения семян с типами покоя семян.
35
ГЛАВА 6. ВЕГЕТАТИВНОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ
РАСТЕНИЙ
Вегетативно размножение – увеличение числа особей вида или
сорта посредством отделения жизнеспособных частей вегетативного
тела растений (почек, побегов, корней и др.). В основе вегетативного
размножения высших растений лежит способность к регенерации.
Потомство, возникшее в процессе вегетативного размножения из одного растения, образует клон - совокупность генетически однородных особей, идентичных материнскому растению. Организмы генетически идентичного клона, полученные от организмапредшественника, получили название раметы.
Способность покрытосеменных растений к интенсивному вегетативному размножению сыграла важную роль в их эволюции и
успешном освоении различных фитоценозов по сравнению с голосеменными растениями, которым, за редким исключением, свойственно лишь семенное размножение. В экстремальных условиях,
когда формирование или вызревание семян невозможно, вегетативное размножение становится важнейшим резервом существования вида. При этом соотношение вегетативного и семенного
размножения будет различным не только у разных видов и жизненных форм, но и у одного и того же вида в зависимости от условий произрастания и возраста особей.
Вегетативно-подвижные растения встречаются в различных систематических группах и растительных сообществах. В фитоценозах они обычно выступают в роли эксплерентов. К вегетативноподвижным растениям относят длиннокорневищные, наземноползучие, столонообразующие, корнеотпрысковые, наземноопадающие растения. Основным экологическим фактором, определяющим распространение вегетативно-подвижных растений,
является влажность почвы.
Выделяют три основных способа вегетативного размножения:
партикуляция (распадение особи на части – партикулы), сарментация и вегетативная диаспория.
36
Биологический смысл партикуляции до сих пор остается спорным. Большинство ученых считают ее одним из способов вегетативного размножения. Некоторые ученые рассматривают партикуляцию как чисто возрастное явление, а также считают, что она
имеет важное приспособительное значение.
Эффективным способом естественного вегетативного размножения является сарментация - размножение отпрысками разной
морфологической природы, отделяющимися от материнской особи
после укоренения: отводками, плетями, усами, столонами, корневыми отпрысками и т.д. Посредством сарментации осуществляется
интенсивный захват территории и происходит глубокое омоложение особей, а также наблюдается самая высокая степень выживаемости ювенильных растений.
Вегетативная диаспория, в особенности с помощью надземных
диаспор, обеспечивает высокую численность и эффективность расселения потомства. К этому способу вегетативного размножения относится размножение клубнями, луковичками, придаточными почками
и др., включая вегетативный апомиксис. Разновидность этого способа - вивипария («живорождение»).
Специализированными побегами вегетативного размножения
являются столон, клубень, клубнелуковица, луковица и др.
Искусственное вегетативное размножение осуществляется посадкой клубней, луковиц, клубнелуковиц, черенкованием, искусственной партикуляцией (деление куста) и др. Размножение отводками некоторые авторы рассматривают как искусственную
сарментацию. Различные способы ускоренного вегетативного размножения (черенкование, прививка) используются для получения
массового посадочного материала культурных растений. Для повышения эффективности ризогенеза применяют различные стимуляторы: гетероауксин, корневин и др.
Вегетативное размножение позволяет сохранить у потомства
качества родительских форм (способствует сохранению гетерозисных, полиплоидных форм, соматических мутаций), что широко
используется в садоводстве, селекции, лесоводстве, однако многократное воспроизведение особей посредством вегетативного раз37
множения постепенно приводит к накоплению возрастных изменений и снижению жизнеспособности потомства.
Достижения в области культуры клеток и тканей привели к созданию нового метода вегетативного размножения – клонального.
Метод имеет ряд преимуществ: получение генетически однородного посадочного материала, освобождение растений от вирусов,
высокий коэффициент размножения, ускорение перехода растений
от ювенильной к репродуктивной фазе развития, сокращение продолжительности селекционного процесса и др.
Лабораторная работа
Способы ускоренного вегетативного размножения растений
Цель – освоение способов ускоренного вегетативного размножения растений
Задачи:
– ознакомление с современными понятиями и терминами, а
также способами вегетативного размножения;
– развитие практических навыков и умений при выполнении
исследований, связанных с вегетативным размножением;
- развитие способностей проводить анализ и обработку полученных результатов.
Задание. Экспериментальные исследования проводятся в теплице оранжерейного комплекса. Заготовку полуодревесневших
черенков роз осуществляют с маточных растений закрытого грунта, например сорта розы из группы грандифлора ‘Queen Elizabeth’.
В период эксперимента температура воздуха в теплице должна
находиться в пределах 18–22°С, относительная влажность воздуха
– 80–90 %. Каждый студент обязан самостоятельно приготовить 12
черенков. Для изучения способа ускоренного размножения луковичных растений используется выгоночный сорт лилий из группы
Азиатские Гибриды, например ‘Аэлита’. Работа проводится группой 5 человек.
38
Ускоренное вегетативное размножение роз
Ход работы
1. Приготовить субстрат для укоренения. Для этой цели использовать торф и песок (1:1) толщиной 15 см с верхним слоем песка
толщиной 2–3 см.
2. Приготовить черенки роз. Черенки с 2 почками заготавливают из средней части побега, непосредственно перед посадкой. Нижний срез выполняем секатором под почкой, наискось, а верхний –
прямой, выше почки на 0,5–0,7 см в соответствие с общепринятой
методикой. Листовую пластинку верхнего сложного листа укорачиваем на 1/2 или 1/3, а у нижней почки лист удаляем полностью.
3. Сделать фотографию черенка (приложение 3, рис. 9).
4. Использовать 2 варианта опыта: контроль и стимулятор
корнеобразования «Корневин». Каждый вариант должен включать
не менее 25 черенков, однако ввиду ограниченного времени сокращаем число черенков до 15. Повторность опыта четырехкратная, однако, ввиду временных ограничений уменьшаем повторность до двухкратной.
5. Черенки поместить в субстрат наклонно, с заглублением в
верхний песчаный слой только нижней почки (приложение 3, рис.
6). Глубина посадки черенков – 1,2–1,5 см. Варианты эксперимента пометить этикетками.
6. Занести данные в таблицу учета.
Таблица 1
Таблица учета эксперимента по размножению роз черенкованием
Название
сорта
розы
‘Queen
Elizabeth’
Вариант
опыта
№
варианта
Контроль
Контроль
Корневин
Корневин
1
2
1
2
Дата
закладки
опыта
39
Число
посаженных
черенков
15
15
15
15
Число укоренившихся черенков
90 %
80 %
50 %
7. Рассчитать возможный выход посадочного материала в случае 90 %, 80 %, 50% укоренения черенков (таблица 1).
Размножение лилий делением гнезд луковиц
и укоренением чешуй
Ход работы
1.Ознакомиться со строением луковицы на примере лилий.
2. Зарисовать донце, запасающие листовые органы (чешуи),
придаточные корни и почки.
3. Поделить гнездо луковиц по числу побегов. Отделить луковицы-детки. Часть луковиц с придаточными корнями присыпать
песком или смесью перлита с песком (1:1). Посадку осуществлять
на глубину, в 3 раза превышающую диаметр луковицы.
4. Рассчитать коэффициент вегетативного размножения при делении гнезд луковицы.
5. Оставшиеся луковицы промыть, отделить наружные крупные
чешуйки.
6. Выдержать чешуйки 15-20 минут в растворе перманганата
калия (0,3 г на литр воды) и слегка подсушить. Нередко используют обработку чешуй регуляторами роста, например янтарной кислотой (100 мг/л), в раствор которой помещают чешуи на 6 часов
при комнатной температуре. Ввиду временных ограничений ограничиться обработкой чешуй в растворе перманганата калия.
7. Часть чешуек поместить в чистый полиэтиленовый пакет.
8. Приготовить субстрат из равных частей перлита и древесного
угля. В качестве субстрата-наполнителя также можно использовать сфагнум. Смесь слегка увлажнить.
9. Полиэтиленовый мешок с чешуями заполнить смесью на 1/3
объема пакета.
10. На пакет прикрепить этикетку с названием сорта, пакет завязать. Чешуи хранят в темноте при температуре 20–22°С, постепенно снижая температуру до 17–18°С. После образования луковицдеток хранят в холодильнике при температуре 2–4°С до высадки в
грунт.
40
11. Во втором варианте опыта высадить чешуйки в слой крупнозернистого песка толщиной 3–5 см в разводочном отделении
теплицы. При посадке заглубить чешуйки на две трети высоты.
12. Записать в тетрадь последовательность действий.
13. Сделать вывод, какой способ размножения является самым
легким и быстрым, а какой наиболее эффективным. При размножении чешуями лилии зацветают на 3-й год, размножении делением луковиц – на следующий год.
Контрольные вопросы по теме:
1. Назовите основные способы естественного вегетативного
размножения. Какие из них являются наиболее эффективными?
2. Назовите преимущества и недостатки вегетативного размножения растений.
3. Охарактеризуйте понятия генеты и раметы.
4. Выделите особенности вегетативно-подвижных растений.
5. Назовите методы ускоренного вегетативного размножения.
6. Кратко охарактеризуйте специализированные органы вегетативного размножения растений.
7. Приведите примеры веществ, повышающих укореняемость
черенков растений.
41
ГЛОССАРИЙ
Автогамия - одна из форм самоопыления, которая осуществляется при попадании пыльцы на рыльце пестика своего же цветка.
Аллогамия – опыление пестика пыльцой другого цветка.
Амфимиксис (amphimixis) – сингамия, слияние мужских и
женских гамет при само- или перекрестном оплодотворении.
Анафаза (anaphase) – третья фаза деления ядра клетки.
Андроцей (androecium) – совокупность тычинок (микроспорофиллов) цветка.
Анемофилия (anemophily) – процесс опыления цветков при
помощи ветра.
Антэкология (anthecology, pollination biology) – наука об экологии цветка и опыления растений.
Апомиксис (apomixis) – одна из форм полового размножения
растений, при котором семена образуются без полового процесса.
Апробация посевов (yield checking) – обследование сортовых
посевов в целях определения их сортовой чистоты или сортовой
типичности растений, засоренности сортовых посевов, поражения
болезнями и повреждения вредителями растений.
Археспорий (archesporium) – группа клеток в ткани нуцеллуса,
которые дифференцируются в мегаспороциты; группа клеток в
пыльнике, которые дифференцируются в микроспороциты.
Бивалент (bivalent) – две спаренные гомологичные хромосомы,
конъюгирующие в профазе I мейоза. Их число в клетке равно числу хромосом в гаплоидном наборе.
Вегетативная диаспория - один из наиболее широко распространенных и эффективных способов вегетативного размножения
растений, заключающийся в размножении растений специализированными (клубень, луковица, клубнелуковица и т. п.) и неспециализированными органами вегетативного размножения.
Вегетативная клетка пыльцевого зерна (vegetative cell of pollen grain) – одна из двух клеток мужского гаметофита, контролирующая рост пыльцевой трубки.
42
Вегетативное размножение (vegetative reproduction, vegetative
propagation) – образование новой особи из многоклеточной части
тела родительской особи, один из способов бесполого размножения, свойственный многоклеточным организмам.
Венчик (corolla) – окрашенные лепестки, расположенные вокруг завязи цветка.
Влажность семян (seed moisture) – процентное содержание воды в пробе семян в момент их отбора.
Воспроизводство семян (seed reproduction) – воспроизведение
нового семенного поколения (новых генет) у растений.
Всхожесть семян (germinating ability) – количество появившихся всходов, выраженное в процентах к количеству высеянных семян. Различают два вида всхожести: лабораторная – определяется в
лабораторных условиях и указывается в паспорте семян и полевая –
определяется по количеству всходов непосредственно на поле.
Гаметофит (gametophyte) – половое поколение в цикле развития растения.
Гаметофит женский (female gametophyte) – зародышевый мешок или мегагаметофит (4-, 8- или 16-ядерный), формирующийся в
семяпочке цветка из мегаспоры (археспориальный зародышевый мешок) или соматической клетки (апоспорический зародышевый мешок).
Гаметофит мужской (male gametophyte) – пыльцевое зерно,
образовавшееся из микроспоры; незрелый, в состав входит генеративная и вегетативная клетки и зрелый – состоит из вегетативного
ядра и двух спермиев.
Гейтеногамия (geitenogamy) – самооплодотворение, опыление
рыльца пестика одного цветка пыльцой от другого цветка, но с
того же самого растения и получение семян от самооплодотворения (c одной и той же генеты).
Генеративная клетка пыльцевого зерна (generative cell of
pollen grain) – одна из двух клеток в пыльцевом зерне, из которого
в результате митоза образуются два спермия).
Генета (geneta) – совокупность растений, происходящих от одной зиготической или апозиготической клетки.
43
Генотип (genotype) – совокупность генов, локализованных в
хромосомах и определяющих норму реакции растений на условия
среды.
Гетероспермия (heterospermie) – наличие на одном растении
семян, различающихся по размеру, массе, окраске, морфологии,
анатомии и др.
Гинецей (gynoecium) – совокупность плодолистиков, производящих семязачатки.
Гинодиэция (gynodioecy) – внутрипопуляционный диморфизм
или одновременное сосуществование в популяциях генет как с пестичными, так и с обоеполыми цветками.
Гомостилия (homostyly) – сходство длин столбика пестика и
тычинки.
Гипогеальное прорастание (hypogeal germination) – подземное
прорастание семени.
Гипокотиль (hypocotyl) – подсемядольное колено, участок
стебля между корешком и семядольным узлом.
Грунтовой контроль (seed quality ground control) – установление принадлежности сельскохозяйственных растений и семян к
определенному сорту и определение сортовой чистоты растений
посредством посева семян на специальных участках и последующей проверки сельскохозяйственных растений.
Диакинез (diakinesis) – заключительная стадия профазы I мейоза.
Диаспора (diaspore) – единица распространения, представляющая собой часть растения различной морфологической природы
(спора, семя, плод, клубень и др.).
Диплотена (diplotene) – предпоследняя стадия профазы мейоза I.
Дихогамия (dichogamy) – разновременное созревание в пределах отдельного цветка пыльцы и рыльца пестика.
Жизнеспособность семян (germinability, vitality of seeds) – содержание в семенном материале живых семян, выраженное в
процентах.
Завязь (ovary) – нижняя часть пестика, из которой развивается
плод; вместилище семязачатков, развивающихся в семена.
Зародышевый мешок (embryo sac) – женский гаметофит.
44
Ингибиторы (inhibitors) – химические соединения, подавляющие активность отдельного фермента или ферментной системы,
тормозящие какой-либо биологический процесс.
Интегумент (integument) – наружный покров нуцеллуса семяпочки, образующий микропиле и формирующий впоследствии семенную кожуру.
Интерфаза (interphase) – стадия покоя клетки между двумя
делениями.
Интина (intine) – внутренняя целлюлозная стенка пыльцевого
зерна, из которой образуется пыльцевая трубка.
Клон (clone) – совокупность особей, произошедших от одного
растения в результате вегетативного размножения; популяция клеток, полученная из одной клетки.
Клональное микроразмножение (microclonal propagation) –
получение in vitro неполовым путем, на основе тотипотентности
генетически идентичных исходному организму клеток.
Клубень (tuber) – видоизмененный мясистый стебель более менее шаровидной формы из-за сильного разрастания одного или
нескольких междоузлий. Служит для запасания питательных веществ и вегетативного размножения.
Клубнелуковица (corm, bulbotuber) – видоизмененный подземный стебель, разросшиеся одно или несколько укороченных междоузлий которого образуют клубневидное, мясистое однолетнее
образование, покрытое сухими, пленчатыми чешуями или/и остатками оснований отмерших листьев. Служит для накопления питательных веществ и ежегодного возобновления растений.
Ксеногамия (xenogamy) – перенос пыльцы, переопыление и перекрестное оплодотворение между разными растениями – аутбридинг.
Корневище (rhizome) – видоизмененный многолетний подземный побег или система побегов с укороченными междоузлиями и
чешуевидными листьями или остатками отмерших листьев. Служит для отложения запасных веществ, вегетативного размножения
и ежегодного возобновления и роста растений.
Коэффициент семенной продуктивности (index of seed production) – отношение показателя реальной семенной продуктивности
45
к потенциальной семенной продуктивности, выраженное в процентах.
Лептотена (leptotene) - первая стадия профазы I мейоза.
Луковица (bulb) – метаморфизированный побег (или его
часть), состоящая из укороченной оси – донца, на котором расположены запасающие листовые органы (чешуи) и почки.
Луковичка (bulbil, brood-bud) – сильно метаморфизированная
почка, состоящая из запасающих низовых листьев, зачатков зеленых листьев и придаточных корней; специализированный орган
вегетативного размножения.
Мегаспорогенез (megasporogenesis) - процесс образования мегаспор из материнских клеток мегаспор.
Мейоз (meiosis) – совокупность двух последовательных делений ядра клетки генеративной ткани, в ходе которых происходит
лишь одно удвоение хромосом.
Метафаза (metaphase) – вторая стадия деления клетки.
Микропиле (micropile) – канал, образованный интегументами в
апикальной части семяпочки.
Микроспорогенез (microsporogenesis) – образование микроспор в пыльниках.
Нуцеллус (nucellus) – центральная часть семяпочки, в которой
дифференцируются мейоциты, образуются мегаспоры и развивается зародышевый мешок.
Онтогенез (ontogeny) – генетически обусловленная последовательность этапов развития особи от ее зарождения до отмирания.
Оплодотворение (fertilization) – слияние двух половых клеток с
образованием зиготы.
Оригинальные семена (original seeds) – семена сельскохозяйственных растений, произведенные оригинатором сорта сельскохозяйственного растения или уполномоченным им лицом.
Пахитена (pachytene) – стадия профазы I мейоза.
Партикуляция (particulation) – продольное расщепление каудекса и корневой системы, приводящее к образованию партикул,
способных существовать самостоятельно.
46
Перекрестное опыление и оплодотворение (cross pollination
and fertilization) – перенос пыльцы между растениями, обеспечивающий опыление и оплодотворение цветка пыльцой другого растения.
Пестик (pistil) – часть гинецея цветка, закрытое вместилище
для семязачатков, образованное срастанием нескольких плодолистиков. Состоит из завязи и рыльца, часто приподнятого с помощью стилодия или столбика.
Плод (fruit) – видоизмененный цветок, развивается из завязи
цветка после оплодотворения или партеногенетического развития
яйцеклетки, заключает в себе семена и выполняет по отношению к
ним защитную функцию, способствуя их сохранению и рассеиванию.
Плодолистик (carpel) – репродуктивная часть цветка, производящая семяпочки. Один или несколько плодолистиков составляют
гинецей.
Покой семян (seed dormancy) – полное отсутствие прорастания
семян или снижение их всхожести, вызываемое внешними причинами (вынужденный покой) или свойствами самих семян (органический покой).
Полиплоидия (polyploidy)– наличие в ядрах клеток более двух
гаплоидных наборов хромосом.
Посевные качества семян (sowing qualities of seeds) – совокупность свойств и признаков семян, характеризующих степень их
пригодности для посева (чистота, энергия прорастания, всхожесть,
масса 1000 семян, влажность, зараженность и др.).
Потенциальная семенная продуктивность (potential seed
productivity) – число семяпочек (семязачатков), продуцируемых
единицей учета (побегом, особью и др.).
Почка (bud) – зачаток побега с очень сокращенными междоузлиями.
Прорастание (germination) – процесс перехода диаспоры из состояния покоя к активной деятельности.
Протандрия (protandry) – более раннее созревание пыльников
и пыльцы относительно сроков созревания пестика и семяпочек в
цветках отдельного растения.
47
Протогиния (protogyny) – более раннее созревание пестиков,
чем пыльников и пыльцевых зерен в цветках.
Пыльцевые зерна (pollen grain) – мужские гаметофиты. Развиваются из микроспор и содержат вегетативное и генеративное ядра.
Размножение (reproduction, multiplication, propagation) – присущее живым организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни.
Рамета (ramet) – организм, образующийся в результате вегетативного размножения.
Реальная семенная продуктивность (true seed productivity) –
число жизнеспособных семян, продуцируемых элементом популяции (побегом или особью).
Репродуктивное усилие (reproductive effort) – доля репродуктивной фитомассы в общей фитомассе растений.
Репродукционные семена (reproductive seeds) – семена сельскохозяйственных растений последующих после элитных семян
(семян элиты) поколений. Число поколений репродукционных семян определяют территориальные органы специально уполномоченного федерального органа управления сельским хозяйством
или соответствующие органы органов исполнительной власти
субъектов Российской Федерации.
Репродукция (reproduction) - увеличение численности биологических структур.
Ризогенез (rhizogenesis, rootform) – процесс заложения, роста и
развития корней.
Рубчиковый след (omphalodium) – место вхождения в семя
проводящего пучка семяножке.
Сарментация – образование побега из почки, корневища или
корня, который после укоренения отделяется от материнского растения и дает начало новой особи.
Семенное размножение (seed reproduction, seed propagation) –
процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы, которая образует новое растение.
Семенной рубчик (raphe) – след прикрепления семени к семяножке или плаценте, считается основанием семени.
48
Семязачаток, или семяпочка (ovulе) – многоклеточное образование у семенных растений, из которого развивается семя. Представляет собой женский спорангий (мегаспорангий). Состоит у
покрытосеменных растений из нуцеллуса, содержащего мегаспороцит, двух или одного интегументов (покровов), образующих при
неполном смыкании узкий канал – микропиле, через который
пыльцевая трубка проникает к зародышевому мешку. Снаружи
семяпочка прикреплена семяножкой к плаценте. Противоположную микропиле часть семяпочки называют халазой.
Семя (seed) - особая многоклеточная структура, служащая для
размножения и расселения семенных растений, обычно развивающаяся после оплодотворения из семязачатка (видоизменённый
женский спорангий) и содержащая зародыш.
Сертификат качества семян (seed quality certificate) - документ, выданный по правилам Системы сертификации семян, удостоверяющий посевные качества семян и подтверждающий их соответствие требованиям государственных и отраслевых
стандартов, другой нормативной документации.
Синергиды (synergides) – две клетки зародышевого мешка
(спутницы яйцеклетки), образующие в зародышевом мешке вместе
с яйцеклеткой единый комплекс – яйцевой аппарат. Основная их
роль состоит в привлечении пыльцевых трубок к зародышевому
мешку, в высвобождении содержимого пыльцевой трубки и точного попадания спермиев к яйцеклетке и центральному ядру зародышевого мешка.
Скарификация (scarification) – частичное нарушение целостности твёрдой водонепроницаемой оболочки семян с целью облегчения их набухания и прорастания и увеличения процента всхожести. Различают механическую (протирание семян наждачной
бумагой, песком и др.) и химическую скарификацию (обработка
семян серной кислотой с последующим промыванием водой и др.).
Сортовой контроль (variety check) - мероприятия по определению сортовой чистоты и установлению принадлежности сельскохозяйственных растений и семян к определенному сорту посред-
49
ством проведения апробации посевов, грунтового контроля и лабораторного сортового контроля.
Сортовые качества семян (seeds varietal characteristics) - совокупность признаков, характеризующих принадлежность семян к
определенному сорту сельскохозяйственных растений.
Соцветие (inflorescence) – специализированный цветоносный
побег с двумя или большим числом цветков, собранных вместе.
Столон (stolon) – видоизмененный одно-(двух)летний ползучий
побег или участок побега с длинными тонкими междоузлиями и
чешуевидными или ассимилирующими листьями нижней формации. Обеспечивает вегетативное размножение и расселение.
Стратификация (stratification) – меры по ускорению прорастания семян и повышению их всхожести, применяемые перед посадкой.
Тапетум (tapetum) – внутренний, выстилающий слой клеток в
пыльниках.
Телофаза (telophase) – четвертая заключительная стадия митоза
или мейоза.
Тетрада (tetrad) – четыре объединенные в определенном порядке клетки споры, образующиеся по завершении мейотического
деления.
Тычинка (stamen) – андроцейная часть цветка, состоящая из
несущей нити (тычиночная нить) и пыльника.
Урожайность семян (seed harvest) – число или масса семян на
единицу площади, занимаемой популяцией. Определяется в природных фитоценозах и в производственных или опытных посевах.
Цветок (flower) –совокупность стерильных и фертильных
структур, развивающихся на цветоложе.
Федеральные фонды семян (federal funds of seeds) – запасы
семян сельскохозяйственных растений и (или) лесных растений,
предназначеных для регионов Российской Федерации, в которых
не осуществляется производство семян или имеются ограниченные возможности их производства, а также для оказания помощи
юридическим и физическим лицам, занятым производством сельскохозяйственной продукции или осуществляющим ведение лес-
50
ного хозяйства, в случаях стихийных бедствий или иных чрезвычайных ситуаций.
Ферменты (enzymes) – биологически активные вещества белковой природы (биокатализаторы), присутствующие в живых
клетках, направляющие, регулирующие и многократно ускоряющие биохимические процессы в них.
Фитогормоны (phytohormones) – высокоспециализированные
биологически активные вещества, регулирующие важнейшие жизненный функции растений.
Фотопериодизм (photoperiodism) – свойство растений отвечать
на продолжительность ежедневных световых и темновых периодов, определяющих их рост, развитие и др.
Чашки Петри (petrie dish) - лабораторная посуда обычно из
прозрачного стекла или пластмассы (прозрачный полистирол),
имеет форму невысокого плоского цилиндра, закрывается крышкой подобной же формы, но несколько большего диаметра.
Черенкование (cutting) – форма вегетативного размножения.
Отделение от растения части его стебля, корня или листа, укоренение этого фрагмента с последующим восстановлением недостающих органов целостного растения.
Чистота семян (seed purity) – содержание в семенном материале семян основной культуры («чистых семян»), выраженное в процентах по массе.
Элитные семена (семена элиты) (elite seeds, mother seeds, pedigree seeds) – семена сельскохозяйственного растения, которые получены от оригинальных семян и соответствуют требованиям государственных стандартов и иных нормативных документов в области
семеноводства; число поколений элитных семян (семян элиты)
определяет оригинатор сорта сельскохозяйственного растения.
Энергия прорастания семян (germination readiness, seed vigor)
- выраженное в процентах число нормально проросших семян из
первоначально взятого их количества, подсчитываемое через
определенный ГОСТом для каждой культуры срок после посева.
Эндосперм (endosperm) – специализированная ткань для питания зародыша.
51
Эпигеальное прорастание (epigeal germination) – надземное
прорастание.
ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ
Оборудование
1. Аналитические весы по ГОСТ 24104-2001
2. Компьютер с программным обеспечением Microsoft Office
Excel
3. Микроскопы бинокулярные МБС-1
4. Микроскоп Carl Zeiss Axio Lab. A1 с цифровой камерой
AxioCam ERc 5s с подключением к ЭВМ при помощи программы
Axio Vision 4.8
5. Термостат ТСО–1/80 СПУ
6. Холодильник
Материалы
1. Капельницы для растворов красителей и жидкостей для мацерации (45% уксусная кислота) и сохранения микропрепаратов
(глицерин)
2. Ручные лупы
3. Планшеты для хранения препаратов
4. Препаровальные иглы
5. Пинцеты
6. Пипетки стеклянные
7. Предметные и покровные стекла
8. Фильтровальная бумага по ГОСТ 12026-76
9. Часовые стекла
10. Чашки Петри
11. Цилиндры мерные по ГОСТ 1770-74
52
СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рекомендуемая литература (основная)
1. Барыкина Р.П., Веселова Т.Д., Девятова А.Г. и др. Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы. М.: МГУ,
2004. 312 с.
2. Батыгина Т.Б. Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. В 3-х томах. Санкт-Петербург: Мир и семья,
1994. Т. 1. 261 с.
3. Батыгина Т.Б. Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. В 3-х томах. Санкт-Петербург: Мир и семья,
1997. Т. 2. 561 с.
4. Батыгина Т.Б. Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. В 3-х томах. Санкт-Петербург: Мир и семья,
2000. Т. 3. 326 с.
5. Малецкий С.И., Левитес Е.В., Батурин С.О. и др. Репродуктивная биология покрытосеменных растений. Генетический словарь.
Новосибирск: Институт цитологии и генетики СО РАН, 2004. 106 с.
6. Методические указания по семеноведению интродуцентов.
М. : Наука, 1980. 64 с.
7. Николаева М.Г., Лязгунова И.В., Поздова Л.М. Биология семян. Спб, 1999. 232 с.
8. Пухальский В.А. Соловьев А.А., Бадаева Е.Д. и др. Практикум по
цитологии и цитогенетике растений. М.: Изд-во Колос, 2007. 198 с.
9. Цитленок С.И., Козлова А.А., Пулькина С.В. Практикум по
цитологии и гистологии : учебное пособие. Томск: Томский
государственный университет, 2007. 100 с.
2. Рекомендуемая литература (дополнительная)
53
1. Абрамова Л.И. Определение числа хромосом и описание их
морфологии в меристеме и пыльцевых зернах культурных растений. Л.: ВИР, 1986. 64 с.
2. Вайнагий И.В. О методике изучения семенной продуктивности растений // Бот. журн. 1974. Т. 59, № 6. С. 826–831.
3. Веллингтон П. Методика оценки проростков семян. М.: Колос, 2000. 174 с.
4. Жмылев П.Ю., Алексеев Ю.Е., Карпухина Е.А., Баландин С.А.
Биоморфология растений: иллюстрированный словарь. Учебное
пособие. Изд. 2-е, испр. и доп. – М.: 2005. 256 с.
5. Злобин Ю.А. Репродукция у цветковых растений: уровень особей
и уровень популяций // Биологические науки, 1989. № 7. С. 77–89.
6. Левина Р.Е. Репродуктивная биология семенных растений
(Обзор проблемы). М.: Наука, 1981. 96 с.
7. Любищев А.А. Проблемы формы, систематики и эволюции
организмов. М. : Наука, 1982. 278 с.
8. Николаева М.Г. Физиология глубокого покоя семян. Л.:
Наука, 1967. 207 с.
9. Николаева М.Г., Тихонова В.Л., Далецкая Т.В. Долговременное хранение семян дикорастущих видов растений. Биологические
свойства семян. Пущино, 1992. 46 с.
10. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.:
Агропромиздат, 1988. 272 с.
Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
Statistica 8.0, Microsoft Office
Энциклопедия декоративных садовых растений. URL:
http://flower.onego.ru/
Скворцов А.К., Трулевич Н.В., Алферова 3.Р. и др. Интродукция
растений природной флоры СССР : справочник. URL:
http://flower.onego.ru/book/ran00.html
Cпециализированные периодические издания:
«Ботанический журнал»
«Растительные ресурсы»
54
Приложение 1
Форма отчета
Требования к оформлению отчета. Работа принимается к защите при наличии конспекта и заполненных таблиц, выводов, а
также при ответе студентом на контрольные вопросы.
ОТЧЕТЫ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАМ
Тема
Цель эксперимента
Объект исследования
Метод исследования с подробным описанием методики и схемы эксперимента (в таблицах отражаются все этапы работы: подбираемые оптимальные условия, необходимые для приготовления
препаратов, указываются результаты, полученные на каждом из
этапов).
Анализ полученных результатов в виде выводов.
Приготовленные препараты, фотографии, рисунки.
Список использованной литературы.
55
Приложение 2
Методики приготовления реактивов
Приготовление спирт–уксусной смеси (3:1)
Приготовить раствор, состоящий из трех частей 96 % спирта ректификата и одной части ледяной уксусной кислоты (кислоту в спирт!!!).
Полученный раствор поместить в сосуд с притертой крышкой.
Хранить в холодильнике.
Приготовление ацетогематоксилина
1 г гематоксилина растворить в 50 мл дистиллированной воде
на водяной бане.
Раствор выдерживается на свету в посуде, удобной для свободного доступа воздуха (закрытой кусочком ваты от пыли) в течение
трех суток, затем к нему добавляют 50 мл ледяной уксусной кислоты. Изготовленный таким образом маточный раствор красителя
хранят в темной посуде в холодильнике.
Приготовление 4% железо-аммонийных квасцов
4 г железо-аммонийных квасцов растворить в 100 мл дистиллированной воды.
Кристаллы железо-аммонийных квасцов должны быть светлобежевого цвета (кристаллы желтого цвета не используют). Хранить раствор в холодильнике.
Приготовление ацетоорсеина
2 г орсеина растворить в 100 мл 45% уксусной кислоты.
30 минут кипятить на водяной бане с обратным холодильником.
Профильтровать.
Хранить в стеклянной посуде из темного стекла в холодильнике.
56
Приготовление 1% раствора перманганата калия
1 г КМnO4 растворить в 100 мл отстоянной водопроводной водой комнатной температуры.
Свежеприготовленный раствор поместить в сосуд темного
стекла с притертой крышкой.
Использовать не более суток.
Приготовление предметных и покровных стекол
Кипятят в мыльной воде – 30 минут.
Промывают в водопроводной воде.
Промывают проточной дистиллированной водой. Стекла считаются чистыми, если вода полностью смачивает их поверхность.
Хранение стекол осуществляется в 70% спирте или в сухом виде в емкости, препятствующей проникновению пыли.
Приготовление 45% уксусной кислоты
Налить в сосуд 55 мл дистиллированной воды.
Добавить в воду 45 мл ледяной уксусной кислоты.
Хранить раствор в стеклянной посуде в холодильнике или под тягой.
Приготовление 0,1% и 0,05% растворов гибберелловой
кислоты
Для приготовления 0,1% раствора взвешиваем на аналитических весах 1 г гибберелловой кислоты. Растворяем 1 г гибберелловой кислоты в 1000 мл дистиллированной воды в течение 24 часов
и получаем 0,1% раствор.
Для ускорения растворения гибберелловой кислоты можно использовать спирт. Добавляем несколько капель спирта с помощью
пипетки к сухому порошку (1 г). После растворения гиббереловой
кислоты в спирте, добавляем необходимое количество дистиллированной воды (1000 мл).
Для приготовления 0,05 % раствора гибберелловой кислоты отливаем 100 мл 0,1 % раствора и доводим его до 200 мл.
57
Оптимальным является использование свежеприготовленного
раствора гиббереловой кислоты, однако допустимо хранение раствора в течение нескольких недель в холодильнике.
Подготовка к анализу чашек Петри
Чашки Петри моют горячей водой с моющими средствами,
ополаскивают 1% раствором марганцовокислого калия, а затем
водой. При проращивании семян на ложе из фильтровальной бумаги посуду перед употреблением дезинфицируют спиртом.
Чашки Петри допускается стерилизовать в сушильном шкафу
при температуре 130°С в течение 1 часа или кипячением в воде в
течение 40 минут.
58
Приложение 3
Демонстрационный материал
а
б
в
г
д
е
ж
Рис. 1. Фазы развития обоеполого цветка Serratula coronata L.
а – тычиночная фаза 1 этап, б – тычиночная фаза 2 этап,
в – тычиночная фаза 3 этап, г – пестичная фаза 1 этап, д – пестичная фаза 2 этап,
е – пестичная фаза 3 этап, ж – пестичная фаза 4 этап
59
а
б
в
г
Рис. 2. Фазы развития женского цветка Serratula coronata L.
а – женский цветок 1 этап, б – женский цветок 2 этап, в – женский цветок 3 этап,
г – женский цветок 4 этап
60
а
б
в
г
д
е
ж
Рис. 3. Первое деление мейоза Serratula coronata L.
а – клетки археспория, б – лептотена, в – зиготена и пахитена, г – диплотена, д –
диакинез, е - метафаза I, ж – телофаза I
61
а
б
в
г
д
Рис. 4. Второе деление мейоза Serratula coronata L.
а – метафаза II, б – анафаза II, в – телофаза II, г – тетрада микроспор,
д – одноядерное пыльцевое зерно
62
а
б
в
г
д
е
Рис. 5. Диаспоры видов растений
а – Aquilegia chrysantha A. Gray, б – Phlox drummondii Hook.,
в – Potentilla megalantha Takeda, г – Horminium pyrenaicum L.,
д – Tiarella cordifolia L., е – Heuchera americana L.
63
а
б
Рис. 6. Чашки Петри с заложенными семенами Primula macrocalyx Bunge (а) и
семянками Echinacea purpurea (L.) Moench (б)
64
Рис. 7. Поражение семян Phlox paniculata L. плесневыми грибами.
65
а
б
в
г
Рис. 8. Анатомическое строение семян
а – Primula macrocalyx Bunge, б – Trollius asiaticus L.,
в – Phlox drummondii Hook., г – Phlox paniculata L.
66
Рис. 9. Черенки роз, высаженные в субстрат для укоренения
67
Издание подготовлено в авторской редакции
Отпечатано на участке цифровой печати
Издательского Дома Томского государственного университета
Заказ № 700 от «4» декабря 2014 г. Тираж 100 экз.
67