Способ оценки роста и развития растений

 

Использование: в сельском хозяйстве при изучении роста и развития растений. Сущность изобретения: проводят количественный анализ апекса на всех этапах роста и развития растений путем подсчета числа клеток и измерения соответствующего ему диаметра апекса, характеризующих этапы органогенеза. В дальнейшем об этапе органогенеза судят по диаметру его апекса. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам изучения роста и развития растений, и может быть использовано для количественной оценки и прогнозирования сроков созревания и урожайности сельскохозяйственных культур, оценки влияния стимуляторов роста, гербицидов, удобрений и т.д. на растения.

Известен способ визуального и микроскопического изучения характеристик овощного растения [1] который не предусматривает исследование апекса, а для изучения характеристик овощного растения используются отобранные определенные листья, прошедшие сложную предварительную подготовку.

Прототипом предлагаемого способа является визуальный метод Ф.М.Куперман, применяемый для оценки и прогнозирования развития растений [2] Сущность данного метода заключается в исследовании апекса в процессе органогенеза и определении фазы развития (закладка цветочных кистей, колосков, формирование листьев) по его внешнему виду.

Недостатком данного метода является наличие только качественной оценки развития растений без какой-либо количественной оценки. Кроме того, этот метод достаточно неудобен при использовании агрономами-практиками, так как зависит от их опыта и субъективной оценки.

Целью изобретения является получение достоверных результатов при оценке роста и развития растений.

Указанная цель достигается проведением количественного анализа стеблевых апексов путем подсчета числа клеток и измерения соответствующего ему диаметра апекса, характеризующих конкретный этап развития растения, и критическим числам, определяющим переход от одного этапа органогенеза к другому.

Исследовались следующие сельскохозяйственные культуры: озимые и яровые зерновые (пшеница, ячмень, овес, кукуруза), картофель, корнеплоды (свекла столовая и кормовая, морковь столовая, редис, брюква, турнепс), капуста белокачанная, огурец, томат, многолетние травы (ежа сборная, тимофеевка, мятлик луговой), зеленные культуры (петрушка, укроп, салат, сельдерей).

Для количественной оценки изменения апекса растения в процессе его развития проводился анализ стеблевых апексов методом морфогенеза (препарирования).

Проведение морфологического анализа на молодых растениях или проростках задолго до завершения полного цикла выращивания культуры позволяет определить этап развития растения, а также скорость прохождения растением данного этапа различных органов.

При анализе стеблевых апексов различных растений установлено, что в момент формирования зачатков листьев зона инициального кольца апекса имеет строго определенный диаметр, величина которого достаточно стабильна и характеризует как различные сельскохозяйственные культуры и сорта, так и условия их выращивания.

По диаметру апекса в этой зоне расположено определенное число клеток, характерное для каждого вида и сорта. Латеральная (боковая) зона, то есть зона меристематических клеток, также состоит из строго определенного числа слоев клеток. Она расположена по образующей в зоне инициального кольца апекса. Из этих клеток формируются зачатки листьев.

В центральной зоне апекса расположена зона вытянувшихся (дифференцированных) клеток. Число слоев этих клеток также специфично для каждого вида растений. Диаметр этих клеток в два раза превышает диаметр меристематических клеток.

На границе меристематических и дифференцированных клеток формируются клетки прокамбия.

Полученные в процессе исследования верхушечных меристем данные позволяют рассчитать критическое число клеток в апексе растения, необходимое для начала дифференциации клеток. Так, например, если в плоскости основания апекса картофеля расположено 530 клеток, то клетки внутри апекса дифференцируются. Если число клеток менее 530, то дифференциации не происходит. Это число клеток 530 является критическим для апекса картофеля. Аналогичные критические числа клеток есть у каждого вида растений и их величина постоянна.

Наблюдения за развитием верхушечной меристемы путем препарирования апекса и измерения его диаметра и высоты выпуклости, которые при известных размерах меристематических клеток соответствуют определенному числу клеток апекса, позволили установить, что при переходе растения с одного этапа развития на другой (формирование листьев, цветков и так далее) апекс изменяется. Апекс увеличивается по диаметру и высоте выпуклости. Для каждого этапа развития характерен определенный размер апекса, который связан с количеством накапливающихся клеток.

Предлагаемый способ дает возможность количественно оценить изменение апекса растения в процессе его развития.

Контроль за развитием растения (его ускорением или торможением) осуществляется следующим образом. На каждом этапе органогенеза исследуемой сельскохозяйственной культуры проводились измерение диаметра апекса и подсчет числа клеток по его диаметру. Диаметр апекса измеряли с помощью окуляр-микрометра, число клеток по диаметру апекса подсчитывали по стандартной методике под микроскопом. Подсчеты проводились на растениях, выращенных по стандартной технологии.

Установлено, что в период закладки листьев апекс картофеля имеет диаметр 0,1949 мм, что соответствует 19 клеткам, расположенным по диаметру; при переходе к цветению (через 10 дней после высадки клубней в почву) диаметр апекса составляет 0,3856 мм, что соответствует 38 клеткам по диаметру; в период появления цветочных бугорков его диаметр 0,7228 мм, а число клеток по диаметру 72.

В таблице 1 приводятся диаметры апексов и соответствующие им количества клеток, характеризующие нахождение сельскохозяйственных культур на определенных этапах органогенеза. Кроме того, указано время (количество дней после высадки (посева), необходимое для перехода на следующий этап развития.

Так, например, у картофеля этап формирования листьев наступает через 7 дней после высадки клубней в почву. На этом этапе диаметр апекса равен 0,1949 мм, число клеток по диаметру 19. Этап формирования цветочных бугорков начинается через 17 дней после посадки. Диаметр апекса при этом равен 0,7228 мм, число клеток по диаметру 72.

Аналогичная картина характерна для всех исследуемых культур, что отражено в таблице 1.

Цифры, приведенные в таблице, являются средним значением для данной культуры (группы культур). Для каждого вида, а часто и сорта, характерен свой диаметр апекса и число клеток по диаметру.

Увеличение высоты выпуклости апекса при переходе с одного этапа органогенеза на другой, что в методе Ф.М.Куперман фиксируется визуально, зависит от увеличения диаметра апекса и соответствующего данному диаметру числа клеток.

Для того, чтобы определить на каком этапе развития находится растение, достаточно измерить диаметр апекса и установить соответствующее данному диаметру число клеток.

На фиг.1 представлена взаимосвязь диаметра апекса, числа меристематических клеток по диаметру апекса и этапов органогенеза для картофеля ранних, среднеспелых и поздних сортов.

I этап органогенеза прорастающий клубень, появление всходов. На этом этапе диаметр апекса составляет 0,09-0,3 мм.

II этап органогенеза подготовка к закладке цветочных бугорков. Диаметр апекса 0,3-0,5 мм.

III этап органогенеза закладка цветочных бугорков. Диаметр апекса - 0,4-0,8 мм.

Следует отметить, что разные культуры и сорта имеют характерные для них диаметры апексов. Диаметр апекса зависит от количества и размеров меристематических клеток, его образующих. Известно, что размеры и число меристематических клеток могут незначительно колебаться в зависимости от сорта и уровня питания. При исследовании какого-либо сорта для установления диаметра апекса необходимо в первую очередь определить размеры и число клеток, расположенных по диаметру апекса, и соотнести этот диаметр с этапом органогенеза. В дальнейшем для определения этапа органогенеза растений данного сорта достаточно ограничиться лишь измерением диаметра аспекта.

На фиг.2 показана аналогичная взаимосвязь диаметра апекса, числа меристематических клеток по диаметру апекса и этапов органогенеза для яровой и озимой пшеницы.

I этап органогенеза появление всходов. Для яровой пшеницы диаметр апекса составляет 0,12-0,2 мм, для озимой 0,06-0,18 мм.

II этап органогенеза закладка примордиев колосков. Диаметр апекса для яровой пшеницы 0,28-0,35 мм, для озимой 0,28-0,40 мм.

Измерение диаметра апекса и соответствующего ему количества клеток позволяет установить этап органогенеза.

Кроме того, измерение диаметра апекса позволяет оценить скорость прохождения растением той или иной фазы развития и определить влияние различных воздействий на растение (стимуляторы роста, ингибиторы, удобрения и т.д.). В таблице 1 показано влияние стимулятора роста на скорость прохождения этапов развития различными сельскохозяйственными культурами.

Так, у картофеля этап формирования листьев наступает через 7 дней после посадки клубней и при стандартных условиях выращивания и при обработке стимулятором роста. На этом этапе диаметр апекса равен 0,1949 мм, число клеток по диаметру 19. Когда диаметр апекса составит 0,7228 мм, а число клеток по диаметру будет равно 72, растение переходит на очередной этап органогенеза - формирование цветочных бугорков. При стандартных условиях выращивании картофеля этот этап наступает через 17 дней после посадки, а в случае применения стимулятора роста через 13 дней, то есть на 4 дня раньше. Таким образом, применение стимулятора роста способствовало ускоренному прохождению растениями периода от появления всходов до зацветания, что и было зафиксировано измерением диаметра апекса и подсчетом количества клеток по его диаметру. Благодаря ускоренному прохождению этого периода можно получить продукцию на 7-14 дней раньше. Увеличение темпа развития растений позволило формировать урожай, больший на 15-25% по сравнению с контрольным вариантом.

На фиг.3 показана взаимосвязь диаметра апекса картофеля ранних и поздних сортов со сроком достижения максимальной урожайности. Измерение диаметра апекса у всех растений картофеля проводилось 23.06.94. При этом часть растений (поздний сорт) имела диаметр 0,4 мм, а другая (ранний сорт) 1,0 мм. При установлении сроков достижения максимальной урожайности было отмечено, что растения, имевшие диаметр апекса 1,0 мм, сформировали максимальный урожай, составивший 235 г/сосуд (модельные опыты в сосудах), к 04.08.94, а у растений, имевших диаметр апекса 0,4 мм, к 04.08.94 урожай составил лишь 171 г/сосуд. Таким образом, измеряя диаметр апекса растений картофеля разных сортов на определенном этапе развития, можно прогнозировать сроки достижения максимальной урожайности.

Преимуществом изобретения является возможность количественного определения этапа развития растения, определение скорости прохождения растением этапов органогенеза и влияния различных воздействий (стимуляторы роста, ингибиторы, удобрения и т.д.) на растения, возможность прогнозирования урожая. Предлагаемый способ достаточно удобен и прост при использовании агрономами-практиками.

Изобретение может найти широкое практическое применение в сельском хозяйстве.

Формула изобретения

Способ оценки роста и развития растений, включающий исследование апекса в процессе развития растений, отличающийся тем, что проводят количественный анализ апекса на всех этапах роста и развития растений путем подсчета числа клеток и измерения соответствующего ему диаметра апекса, характеризующих этапы органогенеза, а в дальнейшем об этапе органогенеза растений судят по диаметру его апекса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4