Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблемы 8
1.1 Значение и биологические особенности кедра сибирского 8
1.2 Длительное хранение семян древесных растений 13
2 Программа, методика, объекты исследований . 35
3 Хранение семян с применением химических веществ при температуре воздуха 0-4С 42
3 .1 Силикагель 43
3 .2 Кальцинированная сода 4 8
3.3 Пирокатехин 50
3 . 4 Известь 52
3.5 Перманганат калия 55
4 Применение влаго-, газопоглощающих веществ и антисептиков при хранении семян в условиях комнатной температуры воздуха 59
4.1 Негашеная известь 59
4.2 Активированный уголь 65
4.3 Гидроокись кальция 71
4.4 Силикагель 74
4.5 Кальцинированная сода 7 8
4 6 Пирокатехин 80
4.7 Перманганат калия 82
5 Жизнеспособность семян и рост сеянцев разного географического происхождения в вариантах с применением активированного угля 88
5.1 Характеристика мест сбора семян . 89
5.2 Показатели семян и сеянцев сосны кедровой сибирской 93
5.3 Экономическая эффективность применения химических веществ при длительном хранении семян 101
Выводы и рекомендации 104
Список использованных источников 106
- Длительное хранение семян древесных растений
- Кальцинированная сода
- Активированный уголь
- Показатели семян и сеянцев сосны кедровой сибирской
Введение к работе
Актуальность проблемы. Среди лесообразующих видов древесных растений Сибири сосна кедровая сибирская (Pinus sibirica Du Tour), или кедр сибирский, является одной из ведущих по лесоводственному и хозяйственному значению. Воспроизводство данного вида в связи с периодичностью семеношения требует решения ряда вопросов, включающих длительное хранение семян.
По данным Е.П. Смолоногова (1990), годы обильного урожая у кедра сибирского на Урале наступают через 7 -16 лет. Семена, собранные в урожайные годы, характеризуются улучшенными гєнотипическими качествами и в наиболее полной степени отражают полиморфизм популяций (Вересин и др., 1985; Яблоков, Малкин, Проказин, 198 9; Мамонов и др., 1991; Русин, 1996 и др. ) .
В связи с этим возникает необходимость хранения семян в течение нескольких лет и разработки методов, позволяющих обеспечить их высокую жизнеспособность, которая зависит от комплекса факторов, включая видовую принадлежность, наследственные свойства, режимы хранения и др. (Воробьев и др., 1979, 1989; Матвеева и др. , 1983, 2001; Мамонов и др., 1990, 1991 и др.) . Разработка таких методов является первым этапом на пути к созданию семенных банков для сохранения растительных генетических ресурсов ценных популяций {Bonner,1990; Meshheimer,1991; Stehno, Skaloud, 1994; Morrow, 1995; Тихонов, 1995; Vazguez-Yanes, Orozco-Segovia,1996; Vazguez-Yanes, Arechiga, 1996; Pita и др., 1997, 1998; и др.) .
Способы длительного хранения семян сосны кедровой сибирской разрабатывались О.П. Олисовой (1970), Р.И. Лоскутовым (1971), Н.И. Мамоновым и др. {1982, 1991), Р.Н. Матвеевой и др. (1983, 2001),Т.Ю. Аксяновой (2000) и др. Однако эти исследования ограничиваются хранением семян в холодильных, морозильных камерах, подвальных помещениях и нет данных о влиянии различных химических веществ при длительном хранении семян в условиях комнатной температуры воздуха (18-24С).
Цель работы заключается в изучении влияния влаго-, газопоглощающих веществ и антисептиков при разных режимах длительного хранения семян на их жизнеспособность, определении и апробации оптимального варианта при выращивании сеянцев кедра сибирского разного географического происхождения.
Задачи исследований. Изучение влияния химиче ских веществ на жизнеспособность семян сосны кедровой сибирской разной влажности при длительном хранении в различных температурных режимах; установление наиболее эффективных доз применяемых веществ и концентраций растворов, апробирование лучшего метода при выращивании сеянцев.
Научная новизна. Установлено влияние силикагеля, кальцинированной соды, пирокатехина, извести, перманганата калия, активированного угля на жизнеспособность семян, хранившихся при разных температурных режимах в течение длительного времени, определена доля влияния отдельных факторов на жизнеспособность семян.
Практическое Значение. Установлены эффективные дозы и концентрации растворов химических веществ, способствующих сохранению жизнеспособности семян в течение продолжительного времени при различных температурных режимах. Апробировано воздействие оптимальной дозы активированного угля на рост сеянцев разного географического происхождения.
Объекты исследований. Объектами исследований явились семена сосны кедровой сибирской, заложенные на длительное хранение под руководством Р. Н. Матвеевой в 1980 - 1983 гг., в 1995 г. {при непосредственном участии Т.Ю. Аксяновой, в 2000 г. - автором) , а также сеянцы разного географического происхождения, выращенные из семян, хранившихся с активированным углем. Изучение жизнеспособности семян и роста сеянцев проведено автором в 1999 - 2004 гг.
На защиту выносятся:
1) жизнеспособность семян сосны кедровой сибирской закономерно изменяется в зависимости от длительности хранения, их влажности, температурного режима и обработки различными химическими веществами;
2) режимы длительного хранения семян могут быть обеспечены эффективными концентрациями (дозами) применяемых влаго-, газопоглощающих веществ и антисептиков.
Обоснованность выводов и достоверность результатов подтверждается большим объемом экспериментального материала, полученного при проведении исследований в лабораторных и полевых условиях, обработкой данных с использованием современных методов. Проведен анализ жизнеспособности семян (128 0 образцов), измерено более 1000 биометрических показателей сеянцев.
Апробация работы. Результаты научных исследований представлены в докладах на различных конференциях: Международной «Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений» (2000, 2001 - 2004); Всероссийских «Экология и проблемы окружающей среды» (1998, 2001), «Химико-лесной комплекс: проблемы и решения» (1999 -2005); краевой «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (2001) и региональной «Непрерывное экологическое образование» (1998, 2000).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ.
Личный вклад. Личное участие автора заключается в постановке задачи, проведении исследований по сбору, обработке, анализу экспериментального материала.
Объем и содержание диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка литературы из 192 наименований, включая 4 5 источников на иностранных языках. Содержит 130 страниц текста, 45 таблиц, 16 рисунков и 2 приложения.
Длительное хранение семян древесных растений
В литературе отмечается, что длительность хранения семян зависит от интенсивности дыхания, при котором происходит сложный комплекс окислительно-восстановительных процессов, приводящий к превращению разнообразных веществ. Конечным продуктом кислородного дыхания являются: вода, углекислый газ и выделяемая тепловая энергия. Интенсивность дыхания зависит от влажности семян и температуры хранения. При повышении этих показателей дыхание протекает более интенсивно, что создает благоприятные условия для развития различных микроорганизмов. Повышение интенсивности дыхания семян представляет собой наибольшую опасность при их хранении в смысле быстрой потери всхожести и возникновения процессов самосогревания и гниения. Поэтому существенной задачей при длительном хранении семян является возможное уменьшение интенсивности их дыхания. Этот процесс замедляется при понижении влажности, температуры, недостатке кислорода, что способствует сохранению жизнеспособности, и уменьшению опасности их гибели при хранении (Верховцев, 1938, 1953; Минин, 1962; Погорелова, Смирнов, 1980; Мамонов и др., 198 6; Смирнов, 1988; Родин, Романовский, Андриевская, 1989; Матвеева, Буторова, 2001).
Большое количество литературных данных посвящено длительному хранению семян лесных и сельскохозяйственных растений. По данным Н.И. Мамонова и др. (1980, 1982, 1986), хранить семена ели, сосны необходимо подсушенными до влажности 6,0-7,5 %, лиственницы - 8-9 % в герметично укупоренных, предварительно продезинфицированных стеклянных бутылях. Продолжительность хранения в условиях нерегулируемой температуры принимается 3-7 лет. При пониженной температуре период хранения увеличивается до 9-10 лет. Имеются литературные данные по хранению семян сосны, ели и пихты при различных показателях температуры воздуха и влажности семян. Отмечено (Huss, 1967), что влажность семян перед хранением не должна превышать 8 %. Семена пихты после семи лет хранения при температуре минус 20С лучше всего сохранили всхожесть, немного ниже - при минус 5С и снизили ее при плюс 5С. Образцы семян сосны после двух лет хранения при плюс 20С значительно понизили всхожесть, тогда как при плюс 5С сохранили первоначальную всхожесть на протяжении первых трех лет и имели удовлетворительную всхожесть даже после семи лет хранения. При минус 5С всхожесть семян сосны, как перед опытом, так и при последующих анализах на протяжении 20 лет в открытом и закрытом контейнерах была почти одинакова. Хранение семян ели при комнатной температуре дало отрицательный результат, при 5С на протяжении первых пяти лет всхожесть удерживалась на первоначальном уровне, а при минус 5СС и при более продолжительном хранении семена не снижали всхожесть.
Т. В. Веселовой и др. 1995), Е.Р. Карташовой и др. (1995) удалось сохранить семена сосны обыкновенной в течение нескольких лет в герметичных сосудах при 4С и пониженном содержании кислорода.
A. Hilli, Е. Tillman-Sutela, A. Kauppi (2003) хранили семена сосны, собранные в трех естественных насаждениях и в лесных культурах в течение 10 лет при температуре от плюс 2 С до минус 18 С. Всхожесть сильнее изменялась у семян, хранимых на холоде, чем на морозе. L. Ryynanen (1980) рекомендует хранить семена сосны обыкновенной влажностью 5-8 % при температуре 0-5С. После шести лет хранения всхожесть таких семян снизилась лишь на 2 %. При хранении в условиях не стабильной температуры (выше и ниже 0С) потеря всхожести за тот же период составила - 5-23 %.
Л. Бартон (1964} рекомендует хранить семена хвойных видов при пониженном атмосферном давлении, созданном с помощью вакуумного насоса. Семена, хранившиеся в таких условиях, отличались более высокой всхожестью, чем семена, находившиеся в герметичном контейнере. Различия проявились в большей степени при хранении семян в комнатных условиях.
D. G. Donald, С. В. Jacobs (1991) изучали влияние способов хранения на жизнеспособность семян сосны Элиота, поникшей, замечательной и ладанной. Семена помещали в специальные контейнеры и холщевые мешки и хранили при температуре 2-3 и -1бС в течение 25 лет. Герметизацию и микроклимат помещения периодически контролировали. Результаты исследований показали, что хранение семян при комнатной температуре более двух лет нецелесообразно. При хранении в условиях пониженной температуры отмечена высокая жизнеспособность семян изученных видов в течение 20 лет. Хранение семян в контейнерах было более эффективным, чем в холщевых мешках, особенно при низких температурах воздуха.
В Бразилии (Balistiero, da Silva и др., 1986) изучали способность к прорастанию семян сосны Элиота после подсушивания до 4 и 4,5 % и последующего хранения в стеклянных сосудах, обернутых алюминиевой фольгой, в течение 520 дней при комнатной температуре. Прорастание семян изучали путем их высева с интервалом 60 дней. Было отмечено, что способность к прорастанию семян резко снижается и исчезает через 120 дней хранения.
Способность семян древесных растений сохранять жизнеспособность при криохранении отмечается многими авторами (Tikhonova, Yashina, Bannik, 1992; Нестерова, Яшина, 1995; Шаров, Мельник, 2002; Wang, Batuman, Li и др., 2002; Воронкова, Холина, Якубов, 2003).
J.M. Pita и др. {1997, 1998) изучали влияние криопрезервации и высушивания на жизнеспособность семян сосны черной и обыкновенной. Семена при температуре минус 19бС существенно не изменили всхожесть в опытных вариантах. Они считают, что криопрезервация может рассматриваться как экономичный и практичный метод хранения семян различных видов сосен.
Кальцинированная сода
В опыте 1982 года было применено предварительное обеззараживание семян раствором кальцинированной соды. После обработки семена подсушивали до влажности 11 % и помещали в герметически закупоренную тару, жизнеспособность семян фиксировали в течение 21 года .
Согласно таблице 3.4, спустя 2,5 года отмечается снижение жизнеспособности до 67-7 0 % в опытных вариантах независимо от концентрации раствора соды, против 2 6 % в контроле. Через 17 лет хранения жизнеспособные семена сохранились лишь в варианте с применением 10 %-го раствора соды. Дальнейшее хранение семян этого варианта привело к снижению жизнеспособности до 6 % на 19-й год и до 4 % - на 21 год (рисунок 3.3}.
Однофакторный дисперсионный анализ жизнеспособности семян длительного хранения представлен в таблице 3.5. В качестве фактора, влияющего на жизнеспособность семян, рассматривали варианты обработки кальцинированной содой. Температура и влажность не рассматривались в качестве влияющих факторов, так как в опыте 1982 года на протяжении изучаемого периода хранения они являются постоянными величинами. Таблица 3.5 - Результат дисперсионного анализа жизнеспособности семян сосны кедровой сибирской, обработанных раствором кальцинированной соды после 2,5 лет хранения Применение пирокатехина также оказалось эффективным. Пирокатехин (орто-диоксибензол) -бесцветные, темнеющие на воздухе кристаллы. Семена заливали раствором пирокатехина 1, 5, 10 % концентрации, затем подсушивали до влажности 11 % и хранили в закупоренной таре при 1-4С (таблица 3.6).
Установлено, что жизнеспособность семян, обработанных растворами пирокатехина, находится на высоком уровне в течение 2,5 лет. Через 17 лет хранения жизнеспособность снизилась до 2-3 %. К 19 году хранения жизнеспособными оказались единичные семена в варианте с применением раствора пирокатехина 5 %-й концентрации. Установлена зависимость между жизнеспособностью семян (Y), концентрацией раствора (Xi) и продолжительностью хранения (х2) : Y = 79,43 + 0,42х! - 4,23х2 R = 0,95. По данному уравнению можно определить жизнеспособность семян в определенный период с учетом концентрации раствора пирокатехина. Влияние обработки семян пирокатехином на их жизнеспособность было оценено с помощью однофакторного дисперсионного анализа (таблица 3.7). Таблица 3.7 - Результаты дисперсионного анализа жизнеспособности семян сосны кедровой сибирской, обработанных раствором пирокатехина после 2,5 лет хранения
Как показал анализ, жизнеспособность семян зависит от концентрации раствора пирокатехина {F F0$) , доля влияния этого фактора (/} составляет 95 %. Семена перед закладкой на хранение предварительно замачивали в растворе извести, подсушивали до влажности 11 %. Затем их помещали в герметически закупоренную тару и хранили при температуре 1-4С (таблица 3.8).
В вариантах с предварительным замачиванием семян в растворах извести в течение 2,5 лет жизнеспособность семян была высокой {70-79 %) , тогда как в контроле данный показатель снизился до 26 %. Через 17-21 год жизнеспособных семян сохранилось только 2-4 % в варианте с 5 %-м раствором извести. Эндосперм семян всех опытных вариантов приобрел горький вкус.
Активированный уголь
В опыте 1995 года семена влажностью 5-6 и 8-10 % были перемешаны с таблетками активированного угля при дозе 5, 10, 15 % к массе семян, засыпаны в стеклянные банки и герметично закупорены.
Исследования показали, что активированный уголь в оптимальных дозах оказывает влияние на жизнеспособность семян при длительном хранении. Эффективным явилось применение активированного угля в количестве 5 % к массе семян, имеющих влажность 5-6 %. В этом варианте спустя четыре года жизнеспособность семян была на 37% выше, чем в контроле. При восьмилетнем хранении она составила 22 %. При влажности семян 8-10 % жизнеспособность семян была ниже, чем у семян, подсушенных до 5-6 %.
В контрольном варианте семена влажностью 5-6% полностью потеряли свою жизнеспособность при восьмилетнем хранении, влажностью 8-10 % четырехлетнем. В результате проведенных исследований установлено, что при одной и той же дозе активированного угля жизнеспособность выше у семян, подсушенных до влажности 5-6 %.
Корреляционный анализ показал, что при четырех- и шестилетнем хранении совместное влияние дозы активированного угля (xi) и влажности семян (х2) на их жизнеспособность высокое (Ry.XiX2 = 0,760; 0,737). Достоверность коэффициента корреляции подтверждается на 95 %-ом уровне доверительной вероятности (t$ tos) -Влияние дозы активированного угля на жизнеспособность семян в указанные периоды хранения несущественно (гухх.Хз = 0,009; 0,147), высокое влияние (гухг.Хі = -0,756; -0,737) оказала влажность семян. При восьми- и девятилетнем хранении совместное влияние активированного угля и влажности семян на их жизнеспособность также высокое, что подтверждается значениями множественного коэффициента корреляции {Ry.XiX2 = 0,878; 0,872). Отрицательное влияние повышенной влажности семян на жизнеспособность и в этот период хранения - высокое (гух2.Х! = -0,877; -0,868). Доза активированного угля также оказывает значительное влияние на жизнеспособность семян (ryxi.x2 = 0,418; 0,518).
В опыте 2000 года испытано влияние активированного угля на жизнеспособность семян, собранных с деревьев различного географического происхождения. Семена влажностью 5-6 % были перемешаны с таблетками активированного угля в дозе 1, 5, 10 % к массе семян, засыпаны в стеклянные банки и герметично закрыты. В качестве контроля использовали семена, хранившиеся в идентичных условиях, одинакового происхождения, но без обработки активированным углем. Жизнеспособность семян при трехлетнем хранении варьировала от і О до 55 % в зависимости от варианта опыта (таблица 4.6)
Исследования показали, что активированный уголь оказывает влияние на жизнеспособность семян разного происхождения. Так, потеря жизнеспособности семян лениногорского происхождения в опытных вариантах, спустя три года хранения, составила 42-55 %; танзыбейского - 42-54 %; бирюсинского - 37-59 % при 67-77 % в контроле. Потеря жизнеспособности лениногорских семян наименьшая в вариантах с применением активированного угля дозой 1-5 % к массе семян, танзыбейских - 5 %, бирюсинских 5-10 %.
Было установлено, что совместное влияние препарата определенной дозы и влажности семян на их жизнеспособность, хранившихся с гидроокисью кальция в течение четырех и шести лет, очень высокое (Ry.XiX2 = 0,849; 0,893). Частные коэффициенты корреляции при постоянной дозе препарата свидетельствуют о высоком влиянии влажности семян {ryx2.x1 = -0,673; -0,761) и дозы гидроокиси кальция (ryxi.x2 = 0,761; 0,815) на жизнеспособность семян. Достоверность коэффициентов корреляции гухі.х2 и ryx2.Xi подтверждается критериями достоверности (t to5) После восьми- и девятилетнего хранения совместное влияние дозы препарата и влажности семян на их жизнеспособность также очень высокое (Ку.Х!Х2 = 0,918) . Влияние отдельных факторов, таких как доза гидроокиси кальция, значительное (ryxi,x2 = 0,594; 0,383), влажности семян - очень высокое, о чем свидетельствуют частные коэффициенты корреляции: ryx2 . Хх = -0,899; 0,907 (таблица 4.10).
Контроль 46 5 0 На четвертый год хранения жизнеспособность семян данного варианта была больше, чем в контроле, на 22 %, при шестилетнем - на 27 %. Семена, хранившиеся в течение восьми лет в опытных вариантах, имели жизнеспособность от 10 до 21 %, в то время как в контроле, семена были нежизнеспособными.
Как видно из рисунка 4.6, лучшим вариантом при длительном хранении семян является их обработка активированным углем в дозе 5 % к массе семян. Однако, этот эффект сохраняется только в течение 6-7 лет. К девяти годам хранения во всех вариантах жизнеспособность существенно не отличается и находится на уровне 5-8 %.
Показатели семян и сеянцев сосны кедровой сибирской
Проведен анализ жизнеспособности семян сосны кедровой сибирской хранившихся в течение двух лет при комнатных условиях с активированным углем дозой 5 % к массе семян . Жизнеспособность семян перед посевом находилась в пределах от 62 до 93 %. Наибольшая жизнеспособность была у свежесобранных семян влажностью 30-35 %. У семян, подсушенных до влажности 5-6 % и хранившихся с активированным углем, жизнеспособность была наибольшей у бирюсинского происхождения (89 %).
Сравнение биометрических показателей сеянцев сосны кедровой сибирской, выращенных из семян при двухлетнем хранении в условиях комнатной температуры воздуха показало, что высота однолетних сеянцев колебалась от 3,7 до 5,3 см (таблице 5.7). Наибольшую высоту имели однолетние сеянцы лениногорского происхождения. Среднее число семядолей однолетних всходов в зависимости от географического происхождения изменяется от 9,9 шт. до 12,7 шт. (таблица 5.8). Наибольшую длину семядолей имели сеянцы бирюсинского происхождения из свежесобранных семян в сравнении с подсушенными до влажности 5-6 %. Бирюсинское 30-35 % 2,3 0,15 0,67 29,1 6,5 Диаметр стволика двухлетних сеянцев варьирует от 1,8 до 2,3 мм. Наибольший диаметр у сеянцев лениногорского происхождения.
Как видно из таблицы 5 „ 15 длина хвои трехлетних сеянцев зависит от происхождения и изменяется от 5,2 до 6,5 см. К длиннохвоиным особям отнесены растения лениногорского происхождения в сравнении с танзыбейскими и бирюсинскими.
Полученные результаты исследований показали, что применение активированного угля оптимальной дозы при хранении семян, подсушенных до влажности 5-6 %, способствует лучшему сохранению жизнеспособности семян и не снижает основные биометрические показатели трехлетних сеянцев. Экономическая эффективность определена в расчете на одну тонну семян сосны кедровой сибирской, хранившихся при оптимальных вариантах. Потребность и стоимость материалов для хранения одной тонны семян приведены в таблице 5.12 Таблица 5.12 - Потребность и стоимость материалов для хранения 1 т семян при оптимальных вариантах хранения Вариант опыта Необходимоеколичествовещества,кг Стоимость1 кг вещества,руб. Стоимостьдляхранения1 тоннысемян,руб. Стоимость1 тоннысемян,руб. Всегозатрат,руб. Активированныйуголь 46 800 36800 96000 132800 Пирокатехин 50 367 18350 96000 114350 КМп04 1 1000 1000 96000 97000 Контроль - - - 96000 96000 После шести лет хранения жизнеспособность семян различных вариантов неодинакова. Количество жизнеспособных семян наилучших опытных и контрольных вариантов хранения, представлена в таблице 5.13. Таблица 5.13 - Эффективность использования 1 тонны семян при хранении с различными химическими веществами Вещество Жизнеспособность % кг Активированный уголь 51 510 Пирокатехин 49 490 КМп04 45 450 Контроль 5 50 Стоимость 1 кг семян составляет 96 руб. Стоимость сэкономленных семян рассчитывали по формуле: где Сэ - стоимость сэкономленных семян, руб.; Ц - отпускная цена за 1 кг семян, руб.; Моп - количество жизнеспособных семян в опыте, кг.; Мкон-количество жизнеспособных семян в контроле, кг. Таким образом, стоимость сэкономленных семян при использовании различных вариантов хранения составила: при использовании активированного угля - 96 х {510-50)-44160 руб.; при использовании пирокатехина 96 х (4 90— 50)=42240 руб.; при использовании КМп04 - 96 х (450-50)=38400 руб. Применение химических веществ будет экономически эффективным в том случае, если стоимость сэкономленных семян будет покрывать расходы на закупку химических 103 веществ, необходимых для хранения одной тонны семян. Экономическая эффективность рассчитывается по формуле: где Э - экономическая эффективность, руб.; Сэ - стоимость сэкономленных семян, руб.; Св - стоимость вещества при хранении 1 тонны семян, руб.
Таким образом, экономическая эффективность составит: при использовании активиров. угля - 44160-36800 = 7 360 руб.; при использовании пирокатехина - 42240-118350 = 23890 руб.; при использовании КМп04 - 38400-1000 = 37400 руб. Таким образом, применение активированного угля, пирокатехина, КМп04 при длительном хранении семян оправдывается с экономической точки зрения, так как стоимость вещества, необходимого для обработки 1 тонны семян, не превышает стоимости семян сэкономленных при хранении с использованием влаго-, газопоглощающих веществ и антисептиков по сравнению с семенами, хранящимися без этих веществ.
Похожие диссертации на Применение влаго-, газопоглощающих веществ и антисептиков при длительном хранении семян кедра сибирского
