Лабораторное промораживание всходов и взрослых растений (май-июнь 2019)

Лабораторное промораживание всходов и взрослых растений (май-июнь 2019)

В дополнение к проекту «Мороз» предлагается определить  устойчивость молодых и зрелых растений борщевика Сосновского в лабораторных условиях.

Локация: окрестности г. Сыктывкара.

Дата: май 2019 г.

Цель работы: Определить устойчивость растений борщевика Сосновского к низким отрицательным температурам.

Задачи:

1) Создать в условия для промораживания растений при малоповреждающей температуре минус 5 градусов Цельсия и в суровых условиях при минус 10 градусах  Цельсия.

2) Проморозить растения в течение 4-х часов.

3)  После промораживания определить количество выживших особей в Опыте и сравнить данные с Контролем, где промораживание не проводили.

Материал

1) Проростки и всходы борщевика Сосновского были получены из семян собранных в окрестностях г. Сыктывкара осенью 2018 г.  Влажные семена стратифицировали в искусственных условиях при температуре от +5  до +7 градусов Цельсия с 7 февраля до конца мая 2019 г. К началу опыта мы получили проростки и всходы борщевика Сосновского.

Примечание. Начальные этапы роста проростков связаны с формированием корешка, гипокотиля и семядолей. Проростки борщевика Сосновского небольшие, их длина составляет 3–3,5 см (Скупченко, 1989). В естественных условиях всходы появляются в конце апреля – начале мая, разворачивается первый настоящий лист, отмечено ветвление главного корня.

 

Проростки Heracleum sosnowskyi c корешком (А, март), всходы с двумя семядольными листьями и первым настоящим листом   в естественных условиях (Б, апрель-май)

 

2) Взрослые растения были выкопаны в моновидовых зарослях борщевика Сосновского на территории РБК (г. Сыктывкар) в период с 29 по 31 мая 2019 г. Высота взрослых растений к этому времени достигала 30-50 см.  У растений были сформированы первые три ассимилирующих листа, которые относят к первой генерации листьев. Позже появиться вторая генерация листьев (2-8 шт.) которые отличаются крупными размерами и более интенсивным ростом (Сацыперова, 1984, стр. 32-33).

Методы

Условия для промораживания создавали с помощью термореле, которое изготовил наш  «золоторукий» коллега Руслан Малышев. Термореле собрано на основе 8-ми канального микропроцессорного таймер, термостата BM8036 (Мастер Кит, www.masterkit.ru) и твердотельного реле KSA215AC8.

Характеристики термореле:

диапазон рабочей температуры в помещения  -10…+50 ºС;

диапазон температуры терморегуляции -55…+125 ºС;

дискретность температуры …+0.1 ºС;

ток коммутируемой нагрузки  220В;

максимальная мощность коммутируемой нагрузки до 1700 Вт;

управление охладителем или нагревателем.

Функции таймера позволяет включать и выключать подключенную к реле нагрузку в заданное  оператором время.

Реле Малышева подключили к холодильнику «ЗИЛ».

Проростки-всходы мы экспонировали 4 часа в морозилке холодильника «ЗИЛ» (Россия). Для контроля температуры растений в чашки Петри помещали таблетки-термологгеры (регистраторы температуры ТР-1):

Проростки-всходы после промораживания крупным планом:

 

Для промораживания взрослых растений использовали морозильную камеру «Gram HF-462» (Дания).

Взрослые растения предварительно выкопали, обрезали надземную часть (листья первой генерации) и поместили корневища в воду в темное место. На следующий день проводили промораживание. Около 70 шт особей максимально «случайно» разделили на Контрольную и Опытную группу.  Контроль поместили в темноту при комнатных условиях, Опыт — уложили в центральную часть морозилки.

После промораживания все растения (Контроль и Опыт) перенесли в лотки с водой и оставили при умеренном освещении (до 200 мкмоль/кв м с) и температуре (около 13 градусов Цельсия).

 

Пример динамики температуры в морозильных камерах:

Рис. Изменение температуры во время промораживания растений борщевика Сосновского в лабораторных условиях при установке термореле от -10 до -11 градусов Цельсия: А — промораживание всходов и проростков в морозилке холодильника «ЗИЛ»(27 мая 2019 г., медианное значение температуры по термологгерам минус 12 градусов Цельсия); Б — промораживание  корневищ взрослых растений в морозилке «Gram» (30 мая 2019 г., медианное значение температуры по термологгерам минус 7 градусов Цельсия).

На графике изменения температуры можно наблюдать довольно большой размах между максимальной и минимальной температурой (5-6 градусов Цельсия) в период активной проморозки растений. Однако установка внутри морозилок вентиляторов позволила постоянно перемешивать холодный воздух. Это снизило разброс в колебаниях температуры между минимумом и максимумом до 2 градусов Цельсия.

 

Ход работы (за один день выполняли одно промораживание):

1) 27 мая — выполнили промораживание всходов-проростков при установленной температуре минус 10 градусов Цельсия в течение 4 ч. На термореле установили диапазон температуры от минус 10 до минус 11 градусов Цельсия.

Растения находились в чашках Петри на фильтровальной бумаге.  В три чашки мы поместили термологгеры и записывали динамику промораживания с частотой один раз в минуту. Кроме того, в процессе промораживания мы регистрировали температуру дополнительными термометрами Li-1400 (Licor Inc., США). После промораживания растения перенесли в условия умеренного освещения (до 200 мкмоль/кв м с ФАР) и умеренной температуры (+13 градусов Цельсия). На следующий день (28 мая) было хорошо видно, что 100% промороженных всходов-проростков погибли. Контрольные растения остались в норме и продолжили свой рост и зеленение.

Итак, через сутки после промораживания (28 мая) наблюдаем живой Контроль (корешки белые, листики зеленеют):

Еще через два дня (30 мая) видно, что Контрольные растения в абсолютном порядке:

На седьмой день (3 июня) после начала опыта у некоторых контрольных всходов разворачивается первый настоящий лист:

 

А вот 100 % Опытных особей органически не перенесли промораживание при минус 10 градусов.  На третий день (30 мая) корешки проростков-всходов остались тёмными, а листики из зеленых превратились в желто-бурые:

 

2) 28 мая — выполнили промораживание всходов-проростков при установленной температуре минус 5 градусов Цельсия. На управляющем термореле установили диапазон температуры от минус 4 до  минус 5 градусов Цельсия. Холодильник работал очень бодро + образцы оказались близко ко дну морозилки и в результате на финише проростки-всходы промерзли до минус 7-8 градусов.

В результате корешки всех проростков побурели, однако  зеленые листики сохранили около 30% проростков. Может быть они выживут?

В итоге, выжило не более 2% проростков.

 

3) 29 мая —  снова выполнили промораживание входов-проростков при установленной температуре минус 5 градусов Цельсия. Удалось добиться стабильной температуры до минус 6 градусов Цельсия. Для этого на управляющем термореле установили диапазон температуры от минус 3 до  минус 4 градусов Цельсия. Чашки Петри с растениями поставили на подставку в центральной части морозилки «ЗИЛ»а:

На следующий день (30 мая) хорошо видно, что основная часть проростков-всходов сохранила зеленый цвет семядольных листиков. Конечно, корешки побурели, но есть шанс, что растения выживут. Подсчитали,  что около 60% выглядят как «живые».

Однако до финиша никто не дотянул.

4) 30 мая — промораживание взрослых растений при температуре минус 10 градусов Цельсия. Термореле установили на диапазон температуры от минус 10 до минус 11 градусов Цельсия. В процессе промораживания  дополнительные датчики температуры синхронно держались в диапазоне минус 11 —  минус 12 градусов Цельсия.

Корневища после проморозки:

 

Через сутки (31 мая) после промораживания при минус 10 градусов Цельсия:

Контроль поближе:

Опыт поближе:

 

Через 4 дня (3 июня) после проморозки корневищ при минус 10 градусов Цельсия понятно, что 100% Опытных растений погибли. Корневища загнивают, а жидкость (водный экстракт) в контейнере начинает бродить:

Контрольные растения выглядят отлично, через 5 дней после срезания надземной части (3 июня):

 

А вот еще Контрольная группа, для варианта проморозки при минус 5 градусах Цельсия (31 мая). В Контроле растения также отлично отрастают:

Ещё одно фото взрослой особи борщевика Сосновского после срезания надземного побега (из РБК). Хорошо видно как отрастает центральный побег и боковые почки (4 шт.) по краям среза.

Продольный разрез подземной части побега. Через 4 дня после обрезки листьев почка отросла на 1-3 см:

 

Итак, 100% Контрольных растений успешно и быстро отрастают после срезания надземной части (первой генерации листьев).

 

5) 31 мая — промораживание взрослых растений при температуре минус 5 градусов Цельсия. Термореле установили на диапазон температуры от минус 3 до минус 4 градусов Цельсия. Судя по данным термологгеров минимальная температура корневищ достигла минус 2 градусов Цельсия (медиана составила минус 1 градус Цельсия). После экспозиции корневища были не такие «дубовые» (как после минус 10).

На третий день (3 июня) после промораживания отмечаем, что на большинстве корневищ побеги растут. Однако 5-6 шт. корневищ выглядят «мертвыми».

Результаты учёта (4 июня) показали, что из 33 промороженных при минус 1 градусе Цельсия (медиана) взрослых растений выжило 26 особей (или 79%).

 

6) 3 июня — пытаемся выйти на температуру проморозки минус 5 или минус 6 градусов Цельсия. Установили термореле на этот диапазон температуры. Аккумуляторы холода не поставили!

В конце экспозиции становится понятно, что температура внутри морозилки существенно «плясала» (от минус 5 до минус 12 градусов Цельсия).

Сложно обсуждать эти результаты в условиях температурной нестабильности. Решили, что завтра установим реле в диапазон от минус 4 до минус 5 + поместим в морозилку аккумуляторы холода и установим небольшой, но вёрткий вентилятор для перемешивания воздуха. Надеемся, что эти меры позволят снизить колебания температуры в морозилке.

Результаты учёта (6 июня) показали, что из 35 промороженных при минус 6 градусов Цельсия (медиана) +скачки до минус 10 градусов Цельсия взрослых растений выжило 2 особи (или 6%).

7) 4 июня — промораживание при установке термореле в диапазоне температуры от минус  4 до минус 5 градусов Цельсия. Обсуждая с коллегами вчерашнее непокорное  поведение «Gram» морозилки и «ипподромные» данные термологгеров пришли в выводу, что в морозилку следует поместить вентилятор. Он будет перемешивать холодный воздух  для равномерной проморозки образцов. Вентилятор в студию!

Сегодня проводим сеанс одновременной игры промораживая:

  • около 30 взрослых растений
  • проростки (5 чашек Петри по 10-12 шт. растений в каждой чашке).

В результате медианное знание температуры за 4 ч проморозки составило минус 5, а минимум минус 6.5 градусов Цельсия. Хорошая стабильность. Далее будем морозить только с вентиляторами!

На следующий день (5 июня) видно, что основная часть растений погибла, но у некоторых особей в центре побег желто-зеленого цвета:

 

На 3 день после промораживания (7 июня) понятно, что все растения погибли:

Результаты учёта (7 июня) показали, что из 33 промороженных при минус 5 градусов Цельсия (медиана)  взрослых растений никто не выжил.

 

8) 5 июня — промораживание растений в установленном диапазоне температуры от минус  3 до минус 4 градусов Цельсия.

Сегодня снова одновременно морозим:

  • около 30 взрослых растений
  • проростки (5 чашек Петри по 10-12 шт. растений в каждой чашке).

Еще раз отметим, что благодаря вентилятору размах изменения температуры в камере (макс-мин) не превышал в среднем 2-х градусов Цельсия. В начале экспозиции (первый час) происходило снижение температуры до заданных значений. В это время размах температуры достигал в среднем 3 градуса Цельсия. Далее в течение оставшихся 3-х часов растения экспонировались при заданных минус 3-4 градусах Цельсия и колебания температуры не превышали 2-х градусов Цельсия. В конце 4-го часа разница размаха температуры сократилась до 1 градуса. Это хорошо.

После экспозиции в морозилке 4 часа растения вполне «дубовые». Образцы хорошо смёрзлись между собой и часто, при разгрузке мороз-камеры вместо одного, достаешь целый состав корневищ в жесткой сцепке.

Отметим, что через 20-30 минут после оттаивания растений видно, что практические у всех особей сердцевинная часть побега выглядит очень «жизнеспособно» (желто-зеленого цвета).

 

На второй день после промораживания (7 июня) хорошо видно, что у 17 растений побеги продолжают расти. При продольном разрезе обнаруживаем живые почки:

 

Другие особи (11 шт.) свой жизненный путь завершили:

 

Итак, результаты учёта (7 июня) показали, что из 28 промороженных при минус 4 градусов Цельсия (медиана) выжило 17 особей (или 61%).

 

Таким образом, для взрослых растений борщевика Сосновского полулетальной признается температура от минус 4 до минус 5 градусов Цельсия (при экспозиции 4 часа).

 

Далее набираем дополнительные данные по проросткам-всходам:

9) 6 июня — промораживание проростков-всходов в диапазоне температуры от минус  3 до минус 4 градусов Цельсия в холодильнике «Зил» + вентилятор.

Благодаря небольшому вентилятору размах температуры в морозилке не превысил 1.5 градусов Цельсия.

Никто не выжил.

10) 7 июня — промораживание проростков-всходов в диапазоне температуры от минус  2 до минус 3 градусов Цельсия в холодильнике «Зил»+ вентилятор.

Выжило около 8% всходов.

11) 10 июня — промораживание проростков-всходов в диапазоне температуры от минус  1 до минус 2 градусов Цельсия в холодильнике «Зил»+ вентилятор.

Выжило около 20% всходов.

 

Яндекс.Метрика