Использование физико-химической закономерности роста и развития в питомниководстве - Этапы роста и развития для известных способов размножения винограда

2. Этапы роста и развития для известных способов размножения винограда

Рассмотренный пример прохождения этапов роста и развития для сеянца является общим для виноградного куста и выращивания саженцев из корнесобственных черенков. В случаях размножения винограда зелеными черенками количество этапов сокращается, так как отпадает 1-ый - этап покоя. То же можно сказать о размножении винограда зеленой прививкой. В некоторых случаях количество этапов может быть большим. Например, при выращивании саженцев из привитых черенков создаётся необходимость в дополнительном выделении этапов в процессе стратификации прививок. Наиболее сложный из способов размножения является соматический эмбриогенез, который имеет и наибольшее количество дополнительных этапов роста и развития. Он включает этапы клонального микроразмножения и общие этапы. В этой связи вначале рассмотрим способы размножения винограда с большим количеством этапов.

2.1. Этапы роста и развития в процессе соматического эмбриогенеза

Соматический эмбриогенез - новое направление в размножении винограда, преимущественно для селекционных целей. Этот способ размножения служит вторым этапом генной инженерии. Только используя этот метод возможны достижения в создании принципиально новых видов растений. Соматический эмбриогенез предусматривает получение растений из живой ткани виноградного растения. Для этого необходимо из специализированной ткани растения получить неспециализированные клетки каллуса. В процессе культивирования каллуса на питательной среде используют биологически активные препараты, вызывающие процессы дифференцировки и органогенеза. В дальнейшем растительные объекты проходят общие этапы роста и развития.

1. Этап роста каллуса.

 Каллус получают в стерильных условиях in vitro. Для этих целей проводят стерилизацию зеленой части побега. Вводят ее в стерильную культуру на питательную среду с добавкой физиологически активных веществ и получают каллус. Его пассируют на новую питательную среду и создают специфические условия культивирования. Этот этап легко воспроизводится в течение месяца при температуре 28-30 °С без света. При наличии освещения развитие идёт в направлении образования хлоропластов, и зародыши не образуются.

На этапе роста каллуса основным является процесс чистого роста. Каллус не растет бесконечно. Существует какая-то критическая масса, после которой наступает его гибель. С увеличением размеров агрегатов затрудняется питание, истощается и обезвоживается питательная среда. Начинается частичное отмирание клеток каллуса. Примерно через месяц отдельные живые агрегаты клеток каллуса пассируют на новую питательную среду. Продолжительность этапа роста каллуса определяется его состоянием, которое зависит от заданных условий физических и химических факторов. Каллусу не свойственны различия физиологического состояния покоя в зависимости от времени года, которые присущи вызревшим черенкам или целым растениям, прошедшим цикл вегетации. По этим причинам готовность каллуса к пересадке обычно совпадает с временным фактором, то есть через месяц. Для последующего пассажа желательно иметь большую его массу. Если для пассажа использовать начавший рост, например двухнедельный каллус, то вероятность его успешной культивации мала. Частые неудачи отмечают и в случае использования старого каллуса, взятого из мест, граничащих с некротическими пятнами. Таким образом, продолжительность этапа роста каллуса, в случае соблюдения комплекса физических и химических условий, определяется временным фактором. На протяжении всего этапа доминируют ростовые процессы и лишь к концу этапа местами образуются компетентные клетки, свидетельствующие об активации процесса развития.

2. Этап развития или образования различий структур каллуса.

Успешно отобранные участки каллуса имеют компетентные клетки, которые становятся детерминированными. При описании клеточной дифференцировки используют два важных понятия - «компетенция» и «детерминация». Компетенцией называют способность клеток при соответствующих внешних воздействиях дифференцироваться в нескольких (обычно не многих) направлениях. «Детерминация» это такое состояние клеток, когда они уже (часто необратимо) вступили на определенный путь дифференцировки, но внешне сама дифференцировка никак не выражается (Нейрах, Лозовская, 1984).
От начала культивирования до образования детерминированных клеток происходит их пульсирующий рост на отдельных участках агрегата каллуса. Они приобретают различные оттенки от белого, светло-желтого, светло-серого и коричневого. Коричневые — отмершие клетки. Белые - слишком молоды. Исследователь интуитивно выбирает специфические клетки определенного возраста, не удаленные от питательного субстрата, и пассирует их на новую питательную среду. На этом этап различий структур каллуса заканчивается.
Следует считать, что на втором этапе доминирующим является ростовой процесс на большей части агрегатов, и лишь к концу этапа в отдельных его участках появляются детерминированные клетки, из которых в последующем возникают зародыши.
Основные слагаемые успеха на этапе образования различий структур каллуса принадлежит химическим факторам.

3. Этап развития зародышей.

Он начинается со специализации отдельных клеток каллуса в направлении образования зародышей. В образовавшихся очагах меристемы отдельные из компетентных клеток детерминируются в направлении образования зародышей. Происходит изменение их формы. Они поляризуются и проходят все стадии развития зародыша.
В период образования зародышей в гормональном комплексе доминирующее действие на изменение направления развития оказывают цитокинины. Собственно соматический эмбриогенез винограда стал возможным вследствие открытия группы физиологически активных веществ - цитокининов.
С началом роста структур зародышей становятся заметны более крупные из них, достигающие нескольких миллиметров. Они утолщены у основания и имеют заостренную верхушку.
Таким образом, с самого начала рост полюсов корня и побега различен. На этапе доминируют процессы развития.
Достигнув нескольких миллиметров, зародыши начинают образовывать структуры листа. В таком состоянии зародыши легко отделяются от каллуса. При достижении 0,5-1 см их рассаживают отдельно. На этом этап развития зародышей заканчивается и наступает очередной этап.

4. Этап роста структуры побега.

Посадку проводят на среду без гормональных веществ. Обязательным условием в этот период является наличие света. Под действием света зародыши приобретают зеленую окраску и образуют структуры листа. В отдельных случаях структуры листа супротивные. Часто они отрастают без определенной системы. Типичных настоящих нижних листьев, свойственных винограду, не наблюдается. В отдельных случаях вместо побега отрастает структура листа, и на этом дальнейший морфогенез прекращается. В большинстве случаев структуры побегов интенсивно растут и в течение месяца достигают нескольких см. С началом образования листа образуются корни. На этапе активно протекают как ростовые, так и процессы развития.

2.2. Этапы роста и развития в период клонального микроразмножения

Размножением структур побега занимаются и в процессе клонального микроразмножения и в случае пролиферации почек на среде, богатой цитокинином (Голодрига и др., 1986). Из индуцированных почек получают различные структуры. Таким образом, последующие этапы будут общими.
Особенностями прохождения этапов роста и развития выделяется пролиферация почек с последующим выращиванием агрегата структур побега. В этом случае можно выделить дополнительный этап развития - из одной образуется группа почек.
Этот способ позволяет получать до нескольких тысяч растений из почки. Однако его следует признать мало перспективным по той причине, что резко возрастает число аномальных очагов меристем, из которых образуются неполноценные мутанты.
Строго говоря, из-за возможного получения гетерогенной популяции его не следует считать пригодным для вегетативного размножения.
В остальных случаях экспланты имеют наполовину пройденные этапы. У них есть лист. В сравнении с черенком без листа они в 4-6 раз быстрее образуют корни (примерно на 8-е сутки).
Однако во всех случаях клонального микроразмножения начальным является процесс посадки черенка без листа. Для этих целей используют верхушки зеленых побегов в возрасте нескольких дней, произрастающие на винограднике или в теплице.

 1. Этап развития листа и окоренения.

Он начинается посадкой побега без листа и заканчивается развитием листа и окоренением.
Экспланты, используемые для размножения, имеют свои особенности. Это черенок без листа с зачатком почки. О глазке говорить рано, поскольку возраст черенка исчисляется несколькими днями. Следует считать, что у такого черенка активно идут формообразовательные процессы развития. Это образование центральной и замещающих почек. В другом случае, при размножении структур побегов, эксплант также имеет недоразвитые почки. В обоих случаях отсутствуют зачатки узлов побегов. В этой связи доминирующим процессом следует считать развитие.

2. Этап ограниченного роста листочков и корней.

Он начинается с образованием корней и нарастанием листочков до высадки растений из культуры in vitro условия in vivo. По морфологическим признакам растения на этапе похожи на модель вегетирующего саженца. Они ему подобны. В соответствии с диаметром пробирки (около 2 см) образуются листочки, их черешки, узлы и междоузлия. Отрастают (рост) и ветвятся (развитие) корни. Увеличивается в длину побег (рост) и образуются новые узлы с листьями (развитие). В случае недостатка освещения (около или менее 500 люкс) междоузлия вытягиваются до 3-4 см. То есть, доминирует один из процессов, в частности рост. Обычно они равнозначны. Однако нет оснований говорить о гармоничном росте и развитии.
Гармоничному росту и развитию препятствует объем пробирки. В случае выращивания растений в химических стаканах или колбах большого диаметра размер культивируемых растений (площади листьев их черешков и междоузлий) соответственно увеличивается. То есть, одним из факторов, лимитирующих размеры растения, является недостаточная площадь культивирования, предоставленная экспланту.
Этап получения растений в условиях in vitro имеет множество модификаций и особенностей производства. Остановимся на некоторых из них.
Побег отрастает в закрытой камере при высокой относительной влажности (около 100 %) без интенсивного движения воздуха, которое наблюдается в условиях открытого грунта. По этой причине не срабатывают приспособительные реакции организма, то есть последующий этап адаптации из культуры in vitro в условия in vivo затруднен. Растения не приспособлены к внешней среде и у них недоразвиты механизмы защиты от иссушения.
Другой отличительной особенностью растений является рост и развитие корней в условиях in vitro. Он происходит в ограниченном объёме питательной среды на агар-агаре. Корни не имеют корневых волосков и охватывают незначительную часть субстрата. Случаев, когда бы корни пронизывали все участки питательной среды (подобно почве), не наблюдается. Этап завершается после образования 4-6 листочков. Растения, подготовленные к адаптации, должны иметь несколько корней белого цвета, зеленые листочки и здоровую точку роста.

3. Этап адаптации.

Период адаптации следует считать переходным от роста и развития к процессам развития. Это ветвление корней, образование листа с адаптационными механизмами аппарата, то есть на этапе доминирует развитие.
Растение следует считать адаптированным в случае, если оно способно активно расти без защиты в естественных условиях теплицы или открытого грунта в зависимости от условий выращивания саженцев. Это возможно в том случае, когда вновь образуемые органы отрастут в таких условиях.
При пересадке растений из пробирок во влажный соответствующий субстрат корни, при наличии прочих благоприятных факторов, легко адаптируются к новым условиям, а потому данный вопрос обычно не вызывает больших затруднений. Смесь должна быть хорошо аэрируемой, не заплывать при поливах, без примесей недостаточно разложившегося навоза или других органических остатков, способствующих развитию мицелия грибов.
Боле сложным является вопрос адаптации прироста растений. Для них необходимо поддерживать температуру активного роста (20-30 °С), умеренную освещенность (4 слоя марли, побелка и т.п.), так как прямой солнечный свет вызывает гибель растений и высокую относительную влажность воздуха (95-100 %).
Малейшие нарушения этих параметров способствуют сокращенной программе этапов роста и развития и гибели большей части растений. В результате высадки растений в недостаточно прогретый грунт, под пленочные тоннели с повреждением покрытия или без их достаточного проветривания наступает задержка активного роста и получение карликовых растений.
В случае поддержания необходимых условий у растений в течение 2-3 недель вырастает новый лист. В этот период пленочное укрытие оставляют лишь в жаркое время дня. С началом роста 2-3 новых листочков пленочное укрытие устраняют и оставляют лишь затенение. С наступлением этапа гармоничного роста и развития, что обычно наступает через месяц, затенение устраняют. В дальнейшем саженцы проходят общие этапы роста и развития.
Практическое использование корректировки факторов на этапах клонального микроразмножения заключалось в следующем. Для высадки на адаптацию в условия временно защищенного открытого грунта посадку проводили в конце мая, когда отмечалась температура активного роста (20 и более °С). В таком варианте не отмечалось задержки наступления активного роста. По этой причине, несмотря на менее продолжительный период выращивания саженцев, этап гармоничного роста и развития был большим.
В конкретном примере низкая температура в более ранний период лимитировала наступление наиболее продуктивного этапа. В результате создания более комфортных условий на ростовом этапе получен больший выход саженцев с полноценным побегом. В варианте пониженной температуры стандартных саженцев не получено.

2.3. Этапы роста и развития привитых саженцев

В отличие от корнесобственных привитые саженцы состоят из двух компонентов, которые имеют свои специфические особенности. В силу полярности каллус в первую очередь образуется на базальной части черенка. В случае прививки он появится вначале на базальном срезе привоя. По этой причине для синхронности образования каллусов компонентов проводят отдельную тепловую обработку подвоя. Практически получается отдельный этап роста для черенков подвоя.

1. Этап активации камбия подвоя.

Он начинается с помещения черенков в условия температур активного роста (20-28 °С) и заканчивается активацией камбия, что характеризуется выступлением жидкости при выполнении среза черенка. Характерным признаком является возможное отделение полоски коры.
Обычными недостатками в процессе тепловой подготовки подвоя являются: передержка черенков до образования каллуса (излишние траты углеводов); общий прогрев черенков при высоких температурах (26-28 °С). В последнем случае ускоряется процесс образования корней мало приспособленных к условиям произрастания в школке. Интерес представляет использование подвойных черенков в период «плача» (патент Украины № 36931 А).
После выполнения прививки черенки помещают в камеры для стратификации, создают определенные условия и наступает очередной этап.

2. Этап роста каллуса.

На этапе доминируют ростовые процессы. Для скорейшего образования каллуса лучшими являются температуры самого активного роста (28-32 °С). Каллус является промежуточной тканью между компонентами прививки и с его образованием наступает очередной этап.

3 - этап развития проводящих сосудов и окоренения.

На этапе доминируют процессы развития. Процессы развития проводящих сосудов, как это установил Л.М.Малтабар (1971), более совершенны при пониженной температуре (23 °С). В этой связи нами проверена эффективность выделения 2 (этапа роста) и 3 (этапа развития). Для постановки опыта была обоснована рабочая гипотеза: высокая температура стратификации (30-32 °С) является хорошей для роста, в частности, каллуса, пониженная (23 °С) - для процесса развития проводящих сосудов. Экспериментальные данные представлены в таблице.

Таблица - Влияние температурных условий этапов стратификации на выход и качество саженцев сорта Мускат александрийский на Кобера5ББ (1980-1982 гг.)

Конец первого и начало второго этапа определяли по началу образования кругового каллуса прививок. По нашим данным, второй этап наступал на 9-й (у некоторых) и 12-й день у большинства прививок. В этот период в опытном варианте температура была постепенно снижена с 30 до 23 °С. В контрольном варианте общую температуру (30 °С) поддерживали до конца стратификации (15 дней).
Выполненный дисперсионный анализ доказывает преимущество опытного варианта по выходу саженцев. В графе «Не совершенное срастание» указаны соответствующие стандарту саженцы с извилистыми путями проводящих сосудов и наплывами тканей, из-за чего невидно места срастания прививки.
Задержка прививок на стратификации (5 дней) при высокой температуре (30 °С) обычно имеет место в условиях производства. Она существенно (в три раза) снижает качество срастания прививок, и это положение следует учитывать при производстве саженцев.
Таким образом, в период стратификации необходимо определить начало возможного изменения развития каллуса и своевременно управлять этим процессом, в частности, используя температурный фактор. Выполненный опыт экспериментально доказывает наличие физико-химической закономерности процессов роста и развития, а анализ прохождения этапов роста и развития нашел практическое применение при разработке нового способа стратификации виноградных прививок (а.с. 1687117).
После стратификации проводят закалку прививок, или, практически без неё (Кучава, 1976), высаживают в школку.

4 - этап укоренения и роста побега.

На этапе доминируют ростовые процессы. По этой причине лучшими для выращивания саженцев являются температуры активного роста (20-30 °С). Все мероприятия по закалке в неблагоприятных условиях, посадке прививок в непрогретую почву (менее 12 °С) являются причиной длительной задержки активного роста.

По этой причине начало активного роста школок начинается, как правило, в июле. В предыдущем материале, как выход из положения, указывалась поздняя посадка растений из культуры in vitro в условия временно защищенного грунта. Подобные комфортные условия желательны и для привитых саженцев.
С наступлением этапа гармоничного роста и развития проходят общие этапы годичного цикла развития.

2.4. Этапы роста и развития привитых черенков на кусте

Из многочисленных способов прививки наибольшее значение имеют: прививка врасщеп штамба куста, зеленая прививка черенком и способом окулировки. Во всех случаях прививка выполняется на вегетирующий подвой, а потому этап покоя у них выпадает. Исключение составляют привойные черенки для прививки врасщеп. Рассмотрим этапы его роста и развития.

1. Этап образования каллуса.

На этапе доминирует ростовой процесс, а потому лучшие условия создаются при температурах активного роста (20-30 °С). Хорошие температурные условия можно определить по наступлению активного роста на произрастающем винограднике. К тому же в этот период прекращается истечение пасоки, избытки которой отрицательно влияют на приживаемость привоя. За период образования каллуса начинает отрастать побег. С началом его активного роста наступают общие этапы годичного цикла развития.
При выполнении зеленой прививки следует учитывать этапы роста и развития компонентов прививки. В качестве подвоя используют побег, находящийся на этапе гармоничного роста и развития. Место срезки подвоя для прививки должно пройти этап роста, то есть в этой зоне должно быть заметно кольцо проводящих сосудов. В выше расположенной ростовой зоне прививка отпадёт подобно листу. В ниже расположенной одревесневшей зоне ухудшается качество срастания прививки.
В качестве привоя используют черенок с частью листа и узлом с глазком. Лист продуцирует необходимые вещества и прививка трогается в рост с началом прорастания глазка.

2. Этап роста побега.

Доминирует ростовой процесс. С началом активного роста прививка проходит общие этапы роста и развития.
На скорейшее наступление этапа гармоничного роста и развития прививки оказывает влияние этапы роста и развития привоя.
Наиболее продуктивный этап наступит скорей в случае использования вызревшего черенка с проросшим глазком, поскольку он уже прошел этап покоя. То же следует сказать о зеленом черенке с прорастающим пасынком.
Особенностью роста и развития выделяется зеленая прививка способом окулировки. Она используется для получения привитых черенков на маточнике подвоя. Окулировки выполняют ниже верхушки побега, которая имеет полярное преимущество. По этой причине привой не прорастает. Он может прорасти в случае механического повреждения верхушки побега или малой нагрузки куста побегами. Отличительной особенностью прививки способом окулировки является отсутствие прироста. Она проходит два этапа роста и развития.

1. - этап образования каллуса (доминирует ростовой процесс).
2. - этап вызревания глазка. Доминируют процессы развития проводящих тканей в каллусе, идет вызревание других структур.

Таким образом, можно рассмотреть другие способы размножения и некоторые технологические приёмы производства посадочного материала винограда и провести теоретически обоснованные корректировки. В качестве примера была теоретически обоснована неэффективность нанесения прорезов коры перед посадкой черенков (бороздования). В процессе экспериментальной проверки (Драновский, Чекмарев, 1976) с увеличением протяженности ран поверхности коры активировался ростовой процесс (увеличивалась масса каллуса) и снижалась активность процесса развития (существенно снижалось количество образующихся корней).