Введение
Среди 775 видов семейства Passifloraceae Juss. ex Roussel род Passiflora L. отличается наибольшим числом видов – около 588 (Catalog of life, 2022). Род Passiflora имеет в основном неотропическое распространение, подавляющее большинство видов встречаются в Мексике, Центральной Америке, Соединенных Штатах и Южной Америке, но есть и представители в Юго–Восточной Азии и Океании (Krosnick, 2013; Yockteng, 2011; World ..., 2022). Некоторые виды рода натурализованы за пределами их ареалов. Среди пассифлор имеются ценные пищевые и лекарственные растения, многие виды декоративны (Pereira, 2022; Yockteng, 2011; Soares, 2010; Krosnick, 2013). Около 65 видов, принадлежащих к роду Passiflora, дают относительно крупные съедобные плоды, представляющие экономический интерес (Bernacci, 2003; Cerqueira–Silva, 2016; Yockteng, 2011).
Цель работы: изучение качества семян трех интродуцированных видов рода Passiflora из коллекции оранжереи Ботанического сада Самарского университета.
Объекты и методы исследований
Объекты исследования - семена трех видов рода Passiflora, представленные в коллекции оранжереи Ботанического сада Самарского университета: Passiflora coriacea Juss., Passiflora foetida L., Passiflora quadrangularis L. (Рогулева, 2017; Каталог коллекционных …, 2021). Данные растения в условиях оранжереи успешно развиваются, цветут и формируют семена, которые используют для обмена между ботаническими садами и создания запаса семян на случай гибели коллекционного растения. Для изучения брали семена, сформированные как в 2020 г. (P. coriacea, P. foetida), так и сформированные в предыдущие годы (P. сoriacea – 2014, 2017 гг., P. foetida – 2018 г., P. quadrangularis – 2019 г.). Семена очищали от околоплодника, подсушивали, затем фасовали по бумажным пакетам и хранили при комнатной температуре в семенной лаборатории (FAO, 2013). Неоднородность выборок по каждому виду обусловлена тем, что для исследований брали только представленные в достаточном количестве семена, оставшиеся после рассылки по делектусам. Семена для исследований были изъяты из семенной лаборатории в 2021 году.
P. coriacea выращена из семян (Ботанический сад г. Таллина, Эстония, 2009 год). Место произрастания P. coriacea в колекции Ботанического сада Самарского университета - тропический зал. Это крупная лиана, которая достигает 3–4 м. Листья гладкие. Цветение происходит в марте – апреле, иногда повторно в августе – сентябре, цветок 2–2,5 см в диаметре, белый. Плоды небольшие, фиолетовые (2,5–3 см), мясистые, долго висят в зрелом состоянии. В условиях оранжереи ежегодно обильно цветёт и плодоносит.
Рис. 1. Внешний вид (1), цветок (2) и плоды (3) P. coriacea.
Рис. 2. Внешний вид (1), цветок (2) и плод (3) P. foetida.
P. foetida выращена из семян (Ботанический сад г. Дюссельдорфа, Германия, 2017). Место произрастания в Самарском ботаническом саду - третья разводочная теплица. Небольшая изящная лиана 1,5–2 м. Листья покрыты железистыми волосками, при растирании издают «цитрусовый» запах. Цветение в условиях оранжереи происходит ежегодно в июне – июле, цветок небольшой 2,5–3 см в диаметре, белый. "Мохнатые" прицветники не опадают и окружают плод. Плоды небольшие, зелёные (2–2,5 см), при созревании немного желтеют, приобретая жёлто–зелёную окраску, опадают. Иногда дают самосев.
P. quadrangularis выращена из семян (Ботанический сад г. Грейсвальда, Германия, 2015). Место произрастания в Самарском ботаническом саду - Тропический зал. Очень крупная лиана, в условиях оранжереи достигает 6–7 м. Цветет обильно в сентябре, цветок крупный 7–9 см в диаметре. Требует искусственного опыления. Немногочисленные плоды большие, зелёные около 10 см, обычно опадают недозревшими, так как подвергаются гниению из–за высокой влажности в оранжерее.
Рис. 3. Внешний вид (1), цветок (2) и плоды (3) P. quadrangularis.
Фотографии семян сделаны на сканере Epson Perfection V370 Photo при разрешении 12800 dpi. Цифровые фотографии позволяют оценить фактуру поверхности, цвет семенной оболочки и форму семян.
Размер семян определяли методом планшетного сканирования на сканере Epson Perfection V370 Photo при разрешении 2400 dpi, изображения сохраняли в формате jpeg. Калибровка для измерений выполнялась в программе JMicroVision путем ввода разрешения изображения, точность измерения составила 6 мкм (Рогулева, 2018).
Определение массы 1000 семян проводили на аналитических весах Госметр ВЛ–220 (ГОСТ 12042-80; FAO, 2022).
Степень развитости семян определяли методом цифровой микрофокусной рентгенографии. Этот метод включен в международные стандарты, в первую очередь для оценки заражения и повреждения зерна вредителями (Архипов, 2008; Arhipov 2019, 2020; Безух, 2016; Мусаев, 2018 а,б; Рентгенографический ..., 2015). Основным его преимуществом перед известными деструктивными методами является простота и оперативность (Мусаев, 2018а; Ткаченко, 2016, 2018).
Оценка качества семян была выполнена на базе оборудования научно–исследовательской лаборатории «Инновационные методы изучения и сохранения биологического разнообразия» на рентгенодиагностической установке для неповреждающего просвечивания семян ПРДУ (Землянова, 2021; Кавеленова, 2021).
Образцы семян помещали в камеру прибора на пластиковых планшетах, при этом отдельные пробы, различавшиеся по годам формирования, экспонировали отдельно.
Для получения рентгенограмм на ПРДУ был выбран следующий режим: анодное напряжение, подаваемое на трубку – 40 кВ, время экспозиция – 2 секунды. В течение 10 с изображение выводилось на экран монитора для корректировки контраста, четкости, последующего анализа (Arhipov, 2019, 2020). После получения изображения на фото визуально выявляли дефектные семена, имеющие следующие негативные признаки: отсутствие содержимого внутри семени, недоразвитость эндосперма, повреждения насекомыми (Рентгенографический ..., 2015). Определяли процент выполненных и дефектных семян.
Для обработки данных и построения диаграмм использовался пакет MS Office 2010.
Результаты и обсуждение
Растения рода Passiflora в экспозиции оранжереи в течение всего года содержатся при температурах выше +20 ºС. При этом, в зимние месяцы растения переживают недостаток освещенности и временное снижение температуры до уровня, не соответствующего их экологическому оптимуму. Летом, в результате перегрева воздуха, из-за ограниченного пространства оранжереи, создается температура существенно выше экологического оптимума. Однако экземпляры рода Passiflora успешно адаптировались к условиям оранжерей Самарского ботанического сада, ежегодно цветут. Анализ списков семян, предлагаемых для обмена Ботаническим садом Самарского университета опубликованных за последние 10 лет, показал, что не все виды пассифлор ежегодно дают семена.
Изученные семена трёх видов пассифлоры внешне значительно отличались размером и формой. Общим признаком для всех семян была ямчатая поверхность семени. Семенной рубчик просматривался у всех трех изученных видов (рис. 4).
Рис. 4. Фото семян различных видов р. Passiflora: 1 P. coriacea, 2 P. foetida, 3 P. quadrangularis.
Таблица 1. Размер семян некоторых видов рода Passiflora
| Год сбора | Длина семян, мм | Ширина семян, мм | |||
| min–max | x±m | min–max | x±m | ||
| P. coriacea | 2014 | 4,1–4,9 | 4,4±0,02 | 2,0–3,0 | 2,6±0,02 |
| 2017 | 3,9–5,2 | 4,6±0,04 | 2,0–3,0 | 2,7±0,02 | |
| 2020 | 3,8–4,7 | 4,3±0,03 | 2,2–2,8 | 2,6±0,02 | |
| P. foetida | 2018 | 4,2–4,9 | 4,5±0,02 | 2,0–2,6 | 2,4±0,01 |
| 2020 | 4,0–4,7 | 4,5±0,02 | 2,0–2,6 | 2,3±0,02 | |
| P. quadrangularis | 2019 | 6,7–7,9 | 7,5±0,03 | 6,1–7,2 | 6,6±0,08 |
Самые крупные семена у P. quadrangularis, размер семян P. coriacea и P. foetida значительно меньше (таб. 1). Для большинства высших растений отмечено значительное варьирование размера образуемых семян (гетероспермия), которое может влиять на их посевные качества. Как видно из таблицы значения длины и ширины семян у P. coriacea и P. foetida разных лет репродукции были довольно однородными.
При сравнении этих показателей с данными других исследователей было выявлено, что размер семян P. foetida из оранжереи Ботанического сада Самарского университета был меньше, чем приведенный в справочной литературе. Средняя длина семян P. foetida собственной репродукции составила 4,5 мм против 5,0 мм по данным сайта World flora (2022) и 5,2–5,8 мм по данным Soares et all. (2010), средняя ширина семян видов рода Passiflora, интродуцированных в Самаре, составила 2,3 мм против 2,5 мм по данным сайта World flora (2022) и 2,4–3,1 мм по данным Soares et all. (2010).
По показателям длины и ширины семена P. quadrangularis соответствуют характеристикам, приведенным в справочниках. Средняя длина семян P. quadrangularis собственной репродукции составила 7,5 мм против 7,0–10,0 мм по данным сайта World flora (2022) и 7,0–8,0 мм по данным Броувер (2010), средняя ширина наших семян составила 6,6 мм против 5,0–8,5 мм по данным сайта World flora (2022) и 6,0–8,0 мм по данным Броувер (2010).
Значения показателей длины и ширины семян P. coriacea в доступной справочной научной литературе не приводятся.
В процессе хранения семена различных видов рода Passiflora могли быть повреждены насекомыми. Внешне такие поврежденные семена трудно отличить от неповрежденных. Кроме того, известно, что не все формируемые растением семена обязательно соответствуют высокому качеству. При большом количестве формируемых семян часть их может оказаться «щуплыми», с недоразвитыми зародышем и эндоспермом. Особенно часто это происходит в неблагоприятных для растения условиях. Однако невыполненность семян (их «пустозерность») тоже может быть внешне не заметна. Для изучения внутренней структуры семян был использован метод рентгенографической экспресс–оценки, который позволяет заглянуть за оболочку семени, не вскрывая его, и увидеть состояние содержимого.
Ниже приведены примеры рентгенограммы семян р. Passiflora за разные годы исследований (рис. 5).
Рис. 5. Примеры рентгенограмм р. Passiflora.
Для проб семян P. coriaceae 2014 и 2017 гг. можно предполагать повреждения насекомыми, выедающими содержимое семени, на рисунке 6 приведены примеры выполненных (1), "съеденных" (2, 3) и пустых семян (4). Съеденными были признаны семена, чьё внутреннее содержимое на рентгене светилось только по контуру или неравномерными островками.
Рис. 6. Примеры выполненных (1), "съеденных" (2, 3) и пустых семян (4) P. сoriaceae.
Рис. 7. Увеличенные рентгенограммы выполненного (1) и пустого семени (2) P. foetida, выполненного (3) и пустого семени (4) P. quadrangularis.
Рис. 8. Результаты оценки качества семян р. Passiflora, сформированных в условиях оранжереи Ботанического сада.
Обобщенные результаты рентгеноскопической оценки качества семян для трех видов Passiflora приведены на рисунке 8, в виде гистограмм выражена доля дефектных и нормальных семян для каждого из наших образцов. Так, можно оценить, насколько однородным был изучавшийся материал. Доля пустых либо поврежденных семян была невелика и достигла максимума (12,7 %) в образце 2017 года у P. сoriaceae. Семена двух других видов имели меньшую долю некачественных диаспор – не более 7 % (рис. 8).
При изучении семян различных растений обычно определяют стандартные показатели их массы – чаще всего это масса 1000 семян (рис. 9). Самые крупные семена образует P. quadrangularis (масса 1000 семян 37,1 г), семена двух других видов – P. coriacea и P. foetida слабо различаются по этому показателю (средняя масса 1000 семян 12,9 г и 13,2 г соответственно). Данный показатель сравнили с данными Seed Information Database, Kew (SID). Масса 1000 семян у P. quadrangularis собственной репродукции значительно меньше, чем масса 1000 семян указанная в SID – 60,09 г. Масса 1000 семян у P. foetida собственной репродукции сопоставима с данными SID 13,2 г и 11 г. соответственно. Нам не удалось найти в доступной научной литературе показателей массы 1000 семян для P. coriacea. Различия по массе семян могут быть связаны с неодинаковым содержанием влаги в них.
Рис. 9. Результаты оценки показателя массы 1000 семян для трёх видов пассифлоры, сформированных растениями оранжереи Ботанического сада Самарского университета.
Разнокачественность семян является результатом многих факторов: влияния условий окружающей среды на развивающееся семя, различий в местонахождении семени на материнском растении, питании минеральными веществами и снабжении водой.
Выводы и заключение
В условиях оранжереи Ботанического сада Самарского университета три изученных вида рода Passiflora проходят полный цикл развития и образуют полноценные выполненные семена. Сравнение результатов измерения длины, ширины и массы 1000 семян P. foetida и P. quadrangularis с данными зарубежных авторов, показало незначительные отличия. Для P. coriaceae данные показатели были измерены впервые.
Большинство семян не имели признаков заселённости и поврежденности вредителями и могут быть использованы для формирования банка семян и семенного обмена с другими ботаническими учреждениями. Семена P. сoriaceae 2014 и 2017 года с признаками повреждения вредителями были полностью изъяты из семенной лаборатории и уничтожены.
Литература
Архипов М. В., Потрахов М. Н. Микрофокусная рентгенография растений. Санкт-Петербург, 2008. 194 с.
Безух Е. П., Потрахов Н. Н., Бессонов В. Б. Применение метода микрофокусной рентгенографии для контроля качества семян плодовых культур // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: теор. и науч-практ. журн. ИАЭП. Вып. 89. СПб., 2016. C. 106—112.
Броувер В., Штелин А. Справочник по семеноведению сельскохозяйственных, лесных и декоративных культур с ключом для определения важнейших семян. Москва, 2010. 694 c.
ГОСТ 12042-80. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения массы 1000 семян. М.: Стандартинформ, 2011. 3 c.
Землянова Л. М., Кавеленова Л. М., Накрайникова Д. Д., Павлова Е. А., Помогайбин А. В., Рогулева Н. О., Родионова П. В., Розно С. А., Рузаева И. В., Янков Н. В. К перспективам использования рентгенографической экспресс–оценки качества семян в биомониторинге и сохранении биоразнообразия // Биодиагностика состояния природных и природно–техногенных систем: Материалы ХIX Всероссийской научно–практической конференции c международным участием, Киров, 25 ноября 2021 года. Киров: Вятский государственный университет, 2021. С. 99—103.
Каталог коллекционных фондов высших растений Ботанического сада Самарского университета / Т. М. Жавкина, Л. М. Кавеленова, А. В. Помогайбин, Н. О. Рогулева, С. А. Розно, И. В. Рузаева, М. Н. Соболева, Н. В. Янков. Самара, 2021. 180 с.
Мусаев Ф. Б. Научно-практические аспекты совершенствования контроля качества семян овощных культур : специальность 06.01.05 "Селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений": диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук / п. ВНИИССОК Одинцовского района Московской области, 2018. 479 с.
Мусаев Ф. Б., Потрахов Н. Н., Белецкий С. Л. Краткий атлас рентгенографических признаков семян овощных культур // М.: Изд-во ФГБНУ ФНЦО, 2018. 40 с.
Рентгенографический анализ качества семян овощных культур: методические указания / отв. сост. канд. с.-х. наук Ф. Б. Мусаев // СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. 42 с.
Рогулева Н. О. Коллекция растений закрытого грунта Ботанического сада Самарского университета // Hortus bot. 2017. Т. 12. URL: http://hb.karelia.ru/journal/article.php?id=4363. DOI: 10.15393/j4.art.2017.4363.
Рогулева Н. О., Янков Н. В. Биоморфологические особенности семян некоторых видов растений из оранжереи Самарского ботанического сада // Экология и география растений и растительных сообществ: Материалы IV Международной научной конференции, Екатеринбург, 16–19 апреля 2018 года. 2018. С. 798—803.
Самарский ботанический сад – особо охраняемая природная территория: история, коллекционные фонды, достижения / Под ред. С. А. Розно, Л. М. Кавеленовой. Самара, 2011. 127 с.
Ткаченко К. Г. Рентгенографический метод определения качества репродуктивных диаспор и выявление в них вредителей // Мониторинг и биологические методы контроля вредителей и патогенов древесных растений: от теории к практике: Москва, 18–22 апреля 2016 года. Москва: Институт леса имени В. Н. Сукачева СО РАН, 2016. С. 226—227.
Ткаченко К. Г., Староверов Н. Е., Грязнов А. Ю. Рентгеноскопическое изучение качества плодов и семян // Hortus Botanicus. 2018. T. 13. C. 52—66. URL: http://hb.karelia.ru/journal/article.php?id=5022. DOI: 10.15393/j4.art.2018.5022.
Arkhipov M. V. X–Ray computer methods for studying the structural integrity of seeds and their importance in modern seed science // Technical Physics. 2019. Vol. 64. № 4. P. 582—592.
Arkhipov M. V. Microfocus X–Ray method for detecting hidden defects in seeds of woody forest species and other types of vascular plants // Technical Physics. 2020. Vol. 65. № 2. P. 324—332.
Bernacci L. C., Wanderley M. G. L., Shepherd G. J., Giulietti A. M., Melhem T. S. Passifloraceae // Flora Fanerogamica do Estado de Sao Paulo. Brazil, Sao Paulo, 2003. Vol. 3. P. 247—248.
Catalogue of life, 2022 URL: https://www.catalogueoflife.org/data/taxon/626DD (data: 20.10.2022 ).
Cerqueira–Silva C. B. M., Faleiro F. G., Nunes de Jesus O., Lisboa dos Santos E. S., Pereira de Souza A. The genetic diversity, conservation, and use of passion fruit (Passiflora spp.) // Genetic Diversity and Erosion in Plants. Switzerland: Springer International Publishing, 2016. P. 215—231.
FAO. Genebank Standards for Plant Genetic Resources for Food and Agriculture. Rome, 2013. URL: http://www.fao.org/docrep/019/i3704e/i3704e.pdf (data: 20.05.2022).
Kavelenova L., Roguleva N., Yankov N., Ruzaeva I., Pavlova E., Nakrainikova D., Potrachov N. Assessment of the quality of seeds formed in situ and ex situ as a mandatory element of maintaining seed banks of rare plants E3S Web of Conference, Actual Problems of Ecology and Environmental Management. APEEM. 2021. Vol. 265. P. 1—6.
Krosnick S. E., Porter–Utley K. E., MacDougal J. M., Jorgensen P. M., McDade L. A. New insights into the evolution of Passiflora subgenus Decaloba (Passifloraceae): phylogenetic relationships and morphological synapomorphies. Systematic Botany. 2013. 38(3). P. 692–713. DOI:10.1600/036364413x670359. S2CID 85840835.
Pereira Leal A. E. B, de Lavor É. M., de Menezes Barbosa J., Araújo M. T. M. F., Cerqueira Alves C. D. S, de Oliveira Júnior R. G., de Lima Á. A. N., da Silva Almeida J. R. G. Pharmacological activities of the genus Passiflora (Passifloraceae): a patent review. Curr Top Med Chem. 2022 Aug 19. DOI: 10.2174/1568026622666220819160923.
Seed Information Database (SID), 2022. URL: https://data.kew.org/sid/about.html (data: 10.04.2022).
Soares W. S., Rego M. M., Rego E. R., Barroso P. A., Medeiros L. R. N. Characterization of fruits and seeds of wild passion fruit (Passiflora foetida L.) // Revista Brasileira de Plantas Medicinais. December 2010. 13(SPE). P. 569–573. DOI: 10.1590/S1516–05722011000500011.
Springer Berlin, Heidelberg, 2011. https://doi.org/10.1007/978–3–642–21102–7.
The World Flora Online, 2022. URL: http://www.worldfloraonline.org/ (data: 22.10.2022).
Yockteng R., Coppens d’Eeckenbrugge G., Souza–Chies T. T. Chapter 7. Passiflora. In: C. Kole (ed.), Wild Crop Relatives: Genomic and Breeding Resources, Tropical and Subtropical Fruits. Springer Berlin, Heidelberg, 2011. P. 129—172.
