Рентгенографический анализ семенного материала древесных и кустарниковых видов, перспективных в защитном лесоразведении

Актуальность. Вопрос сохранения и восстановления лесных массивов становится все более актуальным в свете изменения климата и увеличения потребления древесных ресурсов. Качественный семенной материал является основным и ключевым фактором для успешного разведения и восстановления лесов. Семенной материал древесных пород является основой для получения высокопродуктивных и здоровых лесных насаждений, играет решающую роль в формировании генетической основы деревьев и в конечном итоге определяет их качество, устойчивость к стрессовым условиям. Метод цифровой микрофокусной рентгенографии семян является эффективным инструментом для оценки качества и потенциальной жизнеспособности семян. Метод позволяет определить внутреннюю структуру, плотность семян и их дефекты.

Объекты исследования. Объектами исследования являлись семена трех видов древесно-кустарниковых пород (Gleditsia triacanthos L., Robinia pseudoacacia L., Cotinus coggygria Scop.) и цифровые рентген снимки.

Методы исследования. Исследования проведены на базе лаборатории биотехнологий Федерального научного центра агроэкологии Российской академии наук. Для анализа были выбраны семена древесных пород, перспективных в защитном лесоразведении, агролесомелиорации и озеленении. Семенной материал собран на территории коллекционного участка ССК Кировского лесничества (г. Волгоград) в 2022 году. Цифровой микрофокусный рентген анализ семян проводили на программно-аппаратном комплексе передвижной рентгенодиагностической установки ПРДУ-02 для контроля качества семян. Результаты подвергались статистической обработке с использованием пакета программ MS Excel 2016 и были представлены в виде средней арифметической с учетом ошибки среднего. Сравнение полученных результатов между собой проводилось по U-критерию Манна-Уитни. Статистически значимыми считались различия при p<0,05.

Результаты и выводы. Полученные данные рентгенографического анализа исследуемых видов древесно-кустарниковых пород позволили оценить качество семенного материала, не травмируя их с возможностью дальнейшего использования. Основные и часто встречаемые дефекты – это невыполненность семян, щуплость и поврежденность вредителями. Природа дефектов у семян имеет индивидуальный характер, это связано с видовыми особенностями растений и климатической зоной произрастания. Максимальные показатели качественных семян отмечены у G. triacanthos – 78%, при этом 20% были повреждены насекомыми. Визуально не было замечено повреждений на семенах R. pseudoacacia – нормально выполненных семян 70%, невыполненных и щуплых 8% и поврежденных насекомыми 14%. В сравнении с другими видами у C. coggygria высокий процент невыполненных – 12% и щуплых семян – 24%. На примере исследуемых семян можно сделать вывод, что для каждого вида индивидуально нужно подобрать определенные параметры съемки: коэффициент увеличения, временную экспозицию и напряжение (кВ). Рентгенографический анализ можно рекомендовать в качестве экспресс-метода определения качества семенного материала древесно-кустарниковых пород.

1. Архипов М. В. Рентгенография растений при решении задач семеноведения и семеноводства. Известия СПбГАУ. 2010. № 19. С. 36-40.

2. 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. Теоретический и научно-практический журнал. 2016. № 89. C. 106-112.

3. Крючков С. Н., Вдовенко А. В., Воробьева О. М., Кочкарь М. М. Технология выращивания посадочного материала древесных видов в засушливых условиях юга России. Волгоград: ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2021. 108 с.

4. Мусаев Ф. Б., Белецкий С. Л. История и перспективы применения рентгенографии в семеноводстве и семеноведении. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2021. № 24 (6). С. 6-15.

5. Рогулева Н. О., Янков Н. В., Жавкина Т. М., Родионова П. В., Кавеленова Л. М. Рентгенографическая экспресс-оценка качества семян как перспективный метод в семеноведении древесных интродуцентов. Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. 2022. № 144. С. 51-56.

6. Семенютина А. В., Климов А. Д. Биологический потенциал интродуцированных видов рода Gleditsia L. в Нижнем Поволжье. Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. Наука и высшее профессиональное образование. 2014. № 3. С. 78-83.

7. Синельников А. В. Свойства лесных семян с крылатками, обескрыленных, плодовбобов и без околоплодников. Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2015. № 106. С. 826-841.

8. Abud H. F., Cicero S. M., Junior F. G. Radiographic images and relationship of the internal morphology and physiological potential of broccoli seeds. Acta Scientiarum. Agronomy. 2018. V. 40 (1) Pp. 1-9.

9. Karamysheva A. V., et al. Comparative study of the fullness of dwarf Siberian pine seeds Pinus pumila (Pall.) Regel from places of natural growth and collected from plants introduced in northwestern Russia by microfocus X-ray radiography to predict their sowing qualities. Biological Communications. 2020. V. 65 (4). Pp. 297-306.

10. Tamyris M., et al. Maturation and quality of seeds of an endangered tropical palm species (Euterpe edulis Martius) assessed by imaging and X-ray densitometry. 2023. https://www.researchgate.net/publication/369843522.

11. Arkhipov M. V., et al. Microfocus X-Ray Method for Detecting Hidden Defects in Seeds of Woody Forest Species and Other Types of Vascular Plants. Technical Physics. 2019. V. 65. Pp. 324-332.

12. Musayev F. B., Arkhipov M. V., Velikanov L. P. Non-distractive X-ray diffraction method for stadying seed anatomy in relation to seed heterogeneity. Procedding of the International conference „Functional plant anatomy”. М.: Lomonosov Moscow State University, 2013. Pp. 115–121.

13. Dantas de Medeiros A., et al. Parameters based on X-ray images to assess the physical and physiological quality of Leucaena leucocephala seeds. Ciência e Agrotecnologia. 2019. V. 42. Pp. 643-652.

14. Rahman A., Cho B. K. Assessment of seed quality using non-destructive measurement techniques: a review. Seed Science Research. 2016. V. 26. № 4. Pp. 285-305.

15. Dantas de Medeiros A., et al. Relationship between internal morphology and physiological quality of Leucaena leucocephala seeds using image analysis. Revista Árvore. 2019. V. 43 (2).

16. Arkhipov M. V., Priyatkin N. S., Gusakova L. P., Potrakhov N. N. X-Ray Computer Methods for Studying the Structural Integrity of Seeds and Their Importance in Modern Seed Science. Technical Physics. 2019. V. 64 (4). Pp. 582-592.