graduate student
Arhangel'sk, Arkhangelsk, Russian Federation
UDC 630
The article covers the experience of adaptation to natural conditions of the northern region of planting material Betula pendula var. Dalecarlica, which was obtained by laboratory micropropagation and transported to the place of the experiment. Dalecarlica birch is known for its decorative properties and resistance to the growing environment, so it has a high potential for use in landscaping northern cities. Plants cultivated in vitro provide genetic homogeneity and high quality of planting material. To minimize stress after transportation and preparation of seedlings for natural con-ditions, all plants were placed in the microclimate of a hydroponic installation for some time. Then, for acclimatization, the planting material was divided into three equal parts according to growing conditions: some remained in hydropon-ics, the rest were transferred to a greenhouse and open ground. The same substrate was used in all experimental condi-tions. For 40 days, monitoring of such basic morphometric parameters of plant growth and development as stem height, number of leaves and number of internodes was carried out. The highest indicators were observed in seedlings that were kept in hydroponic conditions. Other acclimatization environments played an additional stress factor for plants. The conducted studies demonstrated that optimal adaptation conditions contribute to more effective plant de-velopment. The results of this experiment can be useful for improving practices for adapting planting material to ex-vitro conditions of regions with a harsh climate in order to increase biodiversity and efficiency of plant cultivation, as well as for developing methods for improving the survival and development of cultures obtained in vitro.
planting material in vitro, transportation, adaptation, Dalecarlica birch, introduced species
Введение
Использование новых видов растений для озеленения городской среды является неотъемлемой частью развития ее инфраструктуры и обуславливается проблемами деградации экосистемы города, снижением устойчивости зелёных насаждений и последствиями изменяющегося климата. Чрезмерная застройка приводит к утрате экосистем, однотипность растений делает их уязвимыми к болезням, а изменения климата требуют новых и устойчивых видов.
Повышение разнообразия посадочного материала может осуществляться за счет использования видов, способных произрастать в малоблагоприятных условиях города. К таким условиям относятся загрязнённый воздух, характеризующийся высоким уровнем токсичных веществ, низкая освещённость, наблюдающаяся в условиях плотной застройки, а также бедный питательными веществами состав почвы. Выбор видов, адаптированных к этим факторам, способствует созданию более устойчивой городской экосистемы. Использование растений in vitro для данных целей позволит получать такие виды и может стать ключом к развитию и улучшению качества зеленой инфраструктуры.
Betula pendula var. Dalecarlica или береза далекарлийская является разновидностью березы повислой и отличается перисто-рассеченной формой листа, благодаря которой представляет собой ценный вид для декоративного озеленения [1].
Феногенетическая изменчивость листьев является не только особенностью березы далекарлийской, но и играет важную роль в приспособлении к среде обитания. Рассеченные листовые пластинки в меньшей степени испытывают механическое повреждение от ветра, уменьшают площадь листа, облегчают теплообмен, снижают транспирацию, что способствует сохранению водного гомеостаза и адаптации к экологическому стрессу [2, 3].
Кроме того, данное дерево отличается высокой устойчивостью к загрязнению атмосферы, способно адаптироваться к низким температурам и неприхотливо к почвам [1, 4-7], что делает данный вид пригодным для интеграции в городскую среду.
Берёза далекарлийская уже прижилась в таких регионах с малоблагоприятным климатом, как Мурманская область, Карелия и северные районы Ленинградской области. В этих местах её используют для озеленения городских парков, скверов и улиц, что помогает создать зелёные пространства для отдыха. Например, в Петрозаводске и Мурманске берёзу высаживают в общественных зонах, где она не только украшает ландшафт, но и служит экосистемной опорой, способствуя улучшению городской экологии. Кроме того, её активно используют в частных садоводствах и придомовых территориях, где холодостойкость и неприхотливость растения позволяют успешно адаптироваться к суровому климату.
Березу далекарлийскую чаще всего размножают вегетативно, преимущественно прививкой, однако это может привести к появлению потомства с цельными листьями из-за рецессивного характера признака [8, 9]. Поэтому традиционные методы размножения не обеспечивают необходимую генетическую однородность и жизнеспособность растений для качественного озеленения в отличие от клонального микроразмножения, которое позволяет полностью сохранить ценные характеристики исходного дерева. Это подтверждают и исследования по микроразмножению березы далекарлийской [10-12].
Кроме того, гены, играющие роль в регуляции развития и усложнения структуры листа, являются эволюционно древними и консервативными [13]. Состояние генов может стабильно наследоваться в клеточных поколениях и неограниченно долго сохраняться при вегетативном размножении [14]. Причем, индуцированное условиями культивирования in vitro эпигенетическое молчание достаточно стабильно и долговременно передается по клеточным поколениям в процессе клонального микроразмножения и наблюдается на протяжении 16-19 лет такого культивирования, а также сохраняется после высадки микрорастений в условия ex vitro [8]. Кроме того, в зависимости от используемого метода размножения, количество поколений, необходимых для закрепления признака рассеченности
листа, варьируется: при традиционных методах требуется 3-5 поколений, в то время как in vitro позволяет достичь желаемых признаков значительно быстрее – за 1-2 поколения. [11, 15, 16].
Таким образом, предложенный подход к использованию растений in vitro для озеленения городской среды имеет множество преимуществ. Во-первых, такие растения обладают высокой генетической однородностью и предсказуемостью, что позволяет создавать единообразные зеленые пространства. Во-вторых, выращивание in vitro позволяет избежать многих болезней и вредителей, снижая потребность в пестицидах и способствуя улучшению городской экологии. Кроме того, метод клеточной культуры обеспечивает быстрое размножение редких или инрайоннированных видов, что увеличивает биоразнообразие и способствует восстановлению экосистем. Растения, полученные таким образом, можно адаптировать к специфическим климатическим условиям, что повышает шансы на их успешное укоренение и рост. Также использование растений in vitro содействует созданию устойчивых городских экосистем, улучшая качество среды и создавая комфортные пространства для его жителей.
Ключевой сложностью при работе с растениями in vitro является процесс их адаптации к естественным условиям. Адаптация считается лимитирующим этапом клонального микроразмножения, результаты которого зависят от состояния укорененных растений и используемого способа адаптации. Важные аспекты включают изучение реакции растений на изменение температуры, уровня влажности и светового режима, а также определение условий, способствующих успешному укоренению и росту, и скорости их адаптации к новым условиям [10-12].
Архангельск, расположенный в устье реки и близости Белого моря, отличается климатом, который обеспечивает мягкие зимы и умеренные летние температуры, создавая благоприятные условия для интродукции лиственных древесных пород. В городе наблюдаются небольшие колебания дневных и ночных температур, высокая влажность, а также достаточное количество осадков в размере 600-700 мм в год, что способствует увлажнению почвы. Вегетационный период длится около 140 дней, что оптимально для фотосинтеза и развития растений, а амплитуда температур варьируется от -30 °C зимой до +30 °C летом, что тоже позволяет местным видам адаптироваться. Особенно важен микроклимат, формируемый «городскими островами тепла», которые смягчают зимние холода. Роза ветров отличается от пригородной, наличие высоких строений формирует особый микроклимат, что способствуют созданию комфортных условий для акклиматизации, а высокая влажность воздуха улучшает укоренение растений [17]. Все эти климатические и микроклиматические факторы совместно создают оптимальные условия для успешной акклиматизации берёзы далекарлийской и других лиственных деревьев в г. Архангельске.
Важно отметить, что в климатических условиях г. Архангельска нет известных исследований по интродукции растений in vitro, в связи с чем имеется много открытых вопросов на данную тему, включая их адаптацию к малоблагоприятным условиям климата, долгосрочность выживаемости, а также влияние климатических факторов, таких как низкие температуры и высокая влажность. Требует изучения и вопрос патологической устойчивости, влияние состава почвы на рост и доступность питательных веществ, взаимодействие с микробиотой почвы и социально-экономические аспекты целесообразности внедрения таких растений в ландшафтные проекты. Устранение этих пробелов может открыть новые перспективы для озеленения г. Архангельска.
Целью настоящих исследований является подбор оптимальных условий акклиматизации посадочного in vitro материала Betula pendula var. Dalecarlica в условиях г. Архангельска. Задачами работы явилось выявить наиболее эффективную методику предварительной адаптации саженцев, полученных методом in vitro с целью повышения их устойчивости к факторам среды произрастания, а также провести мониторинг показателей роста и развития акклиматизируемых растений в зависимости от используемых условий адаптации.
