Биотехнология прививки

 

Пересадка или перенос отрезка побега (черенка) либо почки (глазка) с частью коры с одного растения на другое называется прививкой. Известно, что привитой организм представляет собой сложную систему с общими физиолого-биохимическими функциями и структурой, что обеспечивается в значительной степени хорошим срастанием привоя с подвоем. По данным Г. В. Трусевича (1964), способность прививочных компонентов образовывать и сохранять в течение длительного времени анатомически правильное и механически прочное срастание, обеспечивающее согласованность их функций и нормальный ход жизненных процессов, называется совместимостью при прививках, или аффинитетом. При несовместимости привой и подвой плохо или совсем не срастаются. В таком случае у растения нарушается метаболизм, т. е. обмен веществ между корневой системой и кроной, в результате чего привитые деревья преждевременно стареют и погибают. Принято различать две формы несовместимости привоя и подвоя: механическую (слабое срастание, разломы в месте соединения) и физиологическую (отставание в росте привитого растения, быстрое старение, низкие устойчивость и урожайность). Механизм несовместимости до сих пор окончательно не раскрыт. Чаще всего несовместимость наблюдается при отдаленных межродовых и межвидовых прививках. Однако встречается несоответствие прививочных компонентов между близкими видами и формами. Ученые считают, что основными критериями хорошей совместимости являются сходство биохимического состава и обмена веществ подвоя и привоя, а также способность их пластично изменяться и приспосабливаться к условиям внешней среды. Для обеспечения успешного срастания прививок необходимо правильно подбирать привойно-подвойные компоненты, предварительно изучив их на совместимость. Обычно при хорошей совместимости клетки подвоя и привоя, соединяясь между собой, начинают срастаться. В результате восстанавливается связь сосудистых пучков и образуется единый, нормально функционирующий растительный организм.

 

Сравнительно легко происходит срастание подвойно-привойных комбинаций при высокой активности камбия, когда образуется большое количество клеток, способных к делению и разрастанию. Это чаще всего наблюдается в начале вегетации растения. Во вторую половину лета деятельность камбиальных клеток снижается, срастание тканей ослабляется. Известно еще и то, что наличие большого количества дубильных веществ в тканях (особенно в старых) ореха грецкого существенно влияет на приживаемость прививки, поскольку при соприкосновении с кислородом воздуха они легко окисляются. Поэтому для обеспечения высокой приживаемости прививок необходимо исключить окисление срезанных тканей, что практически почти невозможно, или обеспечить быстрое удаление окислившихся дубильных веществ. В физиологии растений известно, что до повреждения живых клеток дубильные вещества и белки протоплазмы находятся в тесной физиологической согласованности и равновесии. Однако с момента повреждения клеток при прививке, по данным Чжу Цты, это положение резко нарушается. Прививочный нож, разрезая клетки, нарушает строгую конструкцию протоплазмы и разрывает цепь физиологических звеньев. При этом дубильные вещества начинают реагировать с белками протоплазмы, прежде всего осаждая их. В результате чего прозрачная протоплазма, расчленяясь на мелкие темные зерна, превращается в непрозрачный гель и лишается высокого поверхностного натяжения, присущего гидрофильным коллоидам протоплазмы. При этом осаждение белков дубильными веществами заходит далеко вглубь от места поврежденных клеток. Кроме того, при изучении анатомии срезов исследователи обнаружили, что на поверхности поврежденных клеток у ореха грецкого происходит сильное окисление дубильных веществ в нерастворимые окрашенные продукты. При соединении привоя с подвоем между ними образуется темная уплотненная перегородка из нескольких слоев клеток с гранулированной протоплазмой. Эта перегородка практически изолирует привой от подвоя и втим самым затрудняет сращивание их тканей и, следовательно, является одной из главных причин низкой приживаемости прививок. Причем было отмечено, что раненые ткани ксилемы ореха грецкого легче пропускают внутрь себя кислород воздуха, сильнее подвергаются окислению и потемнение у них захватывает обширную зону. Клетки флоэмы в силу своего анатомического строения сравнительно меньше окисляются. Однако ученые доказали, что при успешном срастании прививочных компонентов ореха грецкого изолирующая перегородка постепенно светлеет и затем полностью исчезает. При этом было замечено, что уплотненные от окисления продукты дубильных веществ могут быть восстановлены в те составные соединения, которые были до окисления.

 

Сейчас установлено, что реакции клеточного дыхания растений являются окислительно-восстановительными, во время которых происходит полный или частичный переход электронов от одних атомов к другим. Отдача (потеря) электронов называется окислением, присоединение — восстановлением. Значит, процессы окисления и восстановления в неповрежденных клетках происходят одновременно. Экспериментами Чжу Цты было установлено, что дубильные вещества ореха грецкого, по классификации Френденберга, относятся к группе конденсированных, легко окисляющихся и конденсирующихся в труднорастворимые продукты коричневого цвета. По результатам исследований А. Л. Курсанова, К. М. Джемухадзе и М. Н. Запрометова установлено, что конденсирование при окислении дубильных веществ происходит таким образом, что две молекулы, ортохинонов объединяются в одно высокомолекулярное соединение. Конденсированные дубильные вещества на сегодняшний день хорошо изучены биохимиками (Н. Wagreich, J. М. Nelson, А. Л. Курсанов, К. М. Джемухадзе, М. Н. Запрометов, М. А. Бокучаева, Е. А. Робертс и др.). Установлено, что катехин является главным конструктивным элементом дубильных веществ (В. Л. Кретович, 1952) и его можно рассматривать как исходный материал дубильного комплекса в общем метаболизме полифенольных соединений в растении. Катехин, имея структуру полифенолов, легко окисляется в окрашенные продукты. Во время окисления катехин играет роль донатора водорода, а в обратной реакции в присутствии водорода ортохинон восстанавливается. Таким образом, окислением катехина в ортохинон и обратной реакцией осуществляется перенесение водорода. При встрече с кислородом этот перенесенный водород окисляется.

 

По данным А. Баха, В. И. Палладина и А. И. Опарина, система полифенол плюс окислительные ферменты участвует в организме в важнейшем этапе дыхания — в переносе активированного кислорода на водород окисляемого тела. Дыхательные субстраты окисляются до образования С0₂и Н₂0, а система полифенолов продолжает работать. Основываясь на этой концепции, разбирая биохимический механизм окисления и конденсации дубильных веществ во время ферментации чая в 1935 г., А. И. Опарин впервые выдвинул теорию о тесной связи ферментации дубильных веществ с нормальным процессом дыхания. Эта теория одобрена советскими и зарубежными учеными.

 

В неповрежденных клетках дыхательный процесс складывается в основном из двух первых реакций, согласно которым ортохинон использует роль посредника в переносе водорода окисляемого субстрата на кислород. В этом процессе, как поясняет Чжу Цты, скорость окисления катехина в ортохинон и скорость его обратного восстановления уравновешены, так что накопление ортохинона в нормально дышащих клетках не происходит. Поэтому не может происходить и реакция — уплотнение дубильных веществ при окислении, с образованием в конечном итоге темно-окрашенных продуктов. Изучив и проанализировав все вышеописанные теории, Чжу Цты пришел к выводу, что уравнения окисления дубильных веществ А. И. Опарина имеют аналогичное значение в случае прививки ореха грецкого. До прививки дыхание осуществляется при помощи превращения катехина в ортохинон и его обратного процесса. Но с момента операции в поврежденных ножом клетках перестает действовать реакция; катехин, реагируя с кислородом воздуха, превращается в окисленные окрашенные продукты. Срезы подвоя и привоя ореха грецкого сразу темнеют, как это часто наблюдается во время прививки ореха грецкого. Известно, что при прививке механическому повреждению подвергается только часть клеток, а остальные дальше расположенные от разреза ткани привоя и подвоя остаются невредимыми. А так как все клетки тканей связаны между собой, то протоплазмы раненых клеток подвергаются воздействию протоплазмы неповрежденных клеток. У последних реакция окисления и восстановления дубильных веществ идет нормально. В тех случаях, когда продуктов конденсации дубильных веществ образуется много и они в силу тех или иных причин не восстанавливаются, срастание прививочных компонентов не осуществляется и прививки погибают. Если же привой и подвой срастаются, то, по мнению Чжу Цты, происходит реакция восстановления, т. е. под воздействием водорода, освобожденного из глюкозы при дыхании клеток, окружающих поврежденные ткани, окрашенные конденсированные продукты дубильных веществ восстанавливаются в катехины. В результате чего образовавшаяся во время прививки уплотненная окрашенная перегородка исчезает и устанавливается связь между подвоем и привоем. Таким образом, биохимический процесс превращения дубильных веществ при прививке ореха грецкого Чжу Цты разделил на три периода:

• до прививки — период нормального процесса окисления и восстановления дубильных веществ (I);

• во время прививки — период уплотнения (через окисления) дубильных веществ в конденсированные соединения с образованием перегородки темного цвета, разъединяющей привой с подвоем (II);

• во время срастания привоя с подвоем — период восстановления конденсированных дубильных веществ до катехинов и исчезновения перегородки темного цвета (III).

* По мнению Чжу Цты, процесс срастания прививочных компонентов тесно связан с механизмом дыхания растений. А интенсивность дыхания, как известно (И. П. Бородин, В. И. Палладии, М. А. Максимов), обусловливается прежде всего температурой, концентрацией глюкозы и активностью ферментов. В свою очередь, интенсивность дыхания связана с фотосинтезом и др. Следовательно, все эти факторы влияют на приживаемость прививок ореха грецкого.

 

При всех ранее известных способах окулировки ореха грецкого в открытом грунте в качестве подвоя рекомендовали использовать одревесневшие и достаточно вызревшие однолетние побеги с хорошо развитыми, полностью сформировавшимися почками диаметром 4,5—6,0 мм. Для окулировки этими способами заготавливали черенки с плотной корой длиною 30—60 см и расстоянием междоузлий 5—10 см, толщиной 10—15 мм; диаметр их сердцевины не должен был превышать ⅓ (т. е. 33%) диаметра черенка привоя. Основной недостаток существующего способа — низкая приживаемость глазков, в пределах 20—35%, обусловленная тем, что одревесневшие привой и подвой длительно и плохо срастаются: при окулировке прорастающим глазком — через 20—25 дней, прорастающим и спящим — 40—45 дней. В более стадийно старых тканях ростовые процессы замедляются, поэтому образование каллуса в местах соединения компонентов происходит медленно и слабо, зачастую очагово, или он вообще не образуется. Кроме того, вполне одревесневшие привойные черенки обычно бывают с глазками на выпуклой древесине, а также с большими утолщениями оснований черешка листа, с прочными сосудисто-волокнистыми пучками. В таком случае при снятии щитка труднее обрываются сосудисто-волокнистые пучки, нередко вырываются изнутри, а на внутренней стороне щитка, снятого с вполне одревесневшего черенка привоя, остается вогнутость, которая в месте соединения прививочных компонентов образует воздушное пространство, что также приводит к гибели привитой почки и снижает процент приживаемости прививок. Одревесневшие черенки привоя с вполне сформировавшимися почками готовы к окулировке обычно только во вторую половину лета (середина июля — август), т. е. в тот период, когда значительно снижается влажность воздуха, что также не благоприятствует приживаемости прививок. В связи с этим существующие способы окулировки ореха признаны малоэффективными и неперспективными из-за ограниченности сроков и низкого выхода саженцев, что не позволяет их рекомендовать для производства (Цуркан, Чеботарь, 1975).