Текст книги "Культура кактусов"

Автор книги: Сергей Батов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 30 страниц)

Извлечение ИУК из семян

500 – 1000 кленовых или ясеневых семян нагревают в сушильном шкафу, а в домашних условиях – в духовке при температуре +100 – +105 °С в течение 40 минут, затем температуру снижают до +40 – +60 °С и высушивают семена в течение 18 – 24 часов. В домашних условиях семена можно высушивать на батарее центрального отопления.

Высушенные семена измельчают и проводят экстракцию ИУК серным эфиром описанным ранее способом.

Извлечение гиббереллиновых гормонов из семян

Семена, желательно с большим зародышем, растирают в ступке с небольшим количеством охлажденного этилового спирта и переносят в колбу. Доводят объем спирта из расчета 40 – 50 мл на 1 г семян. Смесь тщательно встряхивают в течении 30 минут и фильтруют. Остаток вновь

серный 1фир можно получить в результате реакции серной кислоты и этилового спирта.

** подобная проба может сохраняться в темноте до двух месяцев.

заливают спиртом и повторяют экстрагирование 2 – 3 раза. Объединенный фильтрат помещают в водяную баню при температуре воды +40 – +50 °С и выпаривают до исчезновения спиртового запаха. Водный остаток доводят до 30 мл и подкисляют концентрированной фосфорной кислотой до рН2,8 – 3,0. Если хотят получить кристаллическую соль гиббереллиновых кислот, к раствору добавляют в три раза больший объем этилацетата* и осторожно смешивают. Этилацетат испаряют в токе воздуха (можно использовать фен), а осадок используют или сохраняют в темном прохладном месте.

Извлечение кинетинов из растений

Нижнюю часть стеблей травянистых растений или пазушные почки растирают с небольшим количеством этилового спирта, помещают в колбу и доводят объем спирта из расчета 40 – 50 мл на 1 г растительного материала. Смесь тщательно взбалтывают и фильтруют. Осадок обрабатывают спиртом еще 2 – 3 раза и из объединенного фильтрата на водяной бане при температуре +40 – +50 °С или с помощью фена удаляют спирт до исчезновения спиртового запаха.

Оставшийся раствор доводят до объема 25 – 30 мл и подкисляют концентрированной азотной кислотой до рНЗ,8. Постепенно добавляя в раствор 5%-й раствор азотнокислого серебра, добиваются максимального получения осадка, который после отстаивания фильтруют. Осадок заливают водой до 30 мл и подкисляют соляной кислотой до рНЗД В результате серебро переходит в раствор, и его удаляют путем фильтрации.

Оставшийся осадок заливают этиловым эфиром, взбалтывают и фильтруют. Кинетины переходят в эфир. Оставшийся осадок опять заливают эфиром и фильтруют. Процедуру повторяют 2 – 3 раза и из объединенного фильтрата в водяной бане при температуре +40 —• +50 °С или с помощью фена удаляют эфир до исчезновения запаха.

Извлечение кинетинов из семян и плодов

Незрелые семена или плоды перетирают с 200 мл 80%-го этилового спирта, переносят в колбу, которую закрывают пробкой и выдерживают в холодильнике при +4 °С 12 часов. Смесь фильтруется, остаток заливается холодным 80%-м спиртом и после встряхивания фильтруется вновь. Из объединенного фильтрата выпаривают спирт в потоке холодного воздуха до исчезновения запаха. Со временем на дно колбы выпадает осадок солей кинетиновых гормонов.

При применении гормонов хотелось бы подчеркнуть:

– во-первых, различные роды, виды кактусов, иногда линии, а порой одно и то же растение, но в разных фазах жизненного цикла, имеют неодинаковую чувствительность к концентрации гормонов. Так, для снятия апикального доминирования у Mammillaria pringlei автору потребовалось применить кинетин в концентрации 10 мг/л, Pamdia maxima – 5 мг7л, Gymnocalvcium multiflorum – 15 мг/л, Astrophytum ornatum – 90 мг/л. Подобный пример можно проиллюстрировать и на растениях одного рода: Mammillaria pringlei – 10 мг/л, Mammillaria hahniana – 8 мг/л, Mammillaria plumosa – 3 мг/л. И на кактусах, принадлежащих к одному виду: Gymnocalycium intertextum в возрасте трех месяцев – 0,03 мг/л, одного года – 0,1 мг/л, пяти лет – 5,0 мг/л, восьми лег – 17,0 мг/л. То есть подбирать концентрацию гормональных препаратов следует осторожно, от низших концентраций к высшим, учитывая, что передозировка приведет лишь к отрицательным результатам;

– во-вторых, гормоны и другие ростовые вещества являются биологически– активными соединениями, легко вступают в физико-химические связи с органикой почвы и поглощаются микроорганизмами. Поэтому метод обработки растений гормонами при поливе должен практиковаться на легких почвах или при гидропонной культуре;

– в-третьих, при контактном методе лучше пользоваться пастами, приготовленными на основе ланолина, вазелина, агара (в крайнем случае можно применить желатин или крахмальный клейстер). Участок стебля для нанесения пасты подготавливают следующим образом: удаляют лишнее опушение, а для удаления кутикулы – обрабатывают мыльным раствором, по ни в коем случае не этиловым спиртом, т.к. он является производным этилена и ипгибирует процессы роста. Пасту наносят небольшой каплей, которую обновляют раз в сутки (естественно, что кактус должен быть в состоянии роста и находиться при несколько повышенной температуре и влажности – в оранжерейных условиях);

– в-четвертых, применение гормонов пройдет успешнее, если они будут использованы совместно с витаминами, а ауксины – еще и с сахарами (глюкоза, фруктоза).

Рис. 72. Вещества группы биоса.

Перейдем к группе Б регуляторов ростовых процессов.

В эту группу входят вещества типа витаминов и простых органических низкомолекулярных кислот, находящихся в почве – продукты жизнедеятельности грибов и микроорганизмов, а также вещества, синтезируемые в растительных клетках.

Основная часть регуляторов группы Б в почве представлена комплексом, называемым «биос».

Биос впервые был выделен из дрожжей как вещество, чрезвычайно стимулирующее размножение дрожжевых клеток. Лишь в 1936 году химиком Кеглем, который открыл наиболее активный компонент биоса – биотин, было установлено, что биос неоднороден.

Основу биоса составляют три компонента:

витамин В 1 (синонимы: тиамин, аневрин, биос III) – стимулирующий в чистом виде рост корня в длину;

витамин Н (синонимы: биотин, биос II) – как уже говорилось, является наиболее активным веществом биоса, стимулирует рост стебля и дает эффект даже при разведении 0,0000025 мг/л;

мезоинозит (синонимы: мионозит, биос I) – циклический спирт, стимулирующий клеточное деление и являющийся связующим звеном двух первых компонентов биоса в регуляторных процессах.

Максимальный эффект в опытах in vitro наблюдается при совместном действии этих трех основных составляющих биоса.

Заслуга в «производстве» большей части биоса принадлежит грибам. Почвенные виды грибов находятся в постоянном симбиотическом комплексе с корнями растений. Даже в столь жестких условиях, в которых произрастают в природе кактусы, на их корнях можно увидеть гифы и плодовые тела грибов.

Вещества биоса могут быть выделены в лабораторных или домашних условиях. Для этого живую культуру дрожжей заливают чуть сладковатым раствором сахара, который через сутки отфильтровывают и нагревают до +55 – +60 °С в течение 30 минут, при этом большинство живых дрожжевых клеток погибает. Фильтрат можно добавлять в питательный раствор при гидропонном содержании кактусов или подкармливать им растения при почвенном культивировании. В последнем случае следует учитывать, что биологически-активные вещества активно потребляются не только корневыми волосками, но и в значительной степени почвенной микрофлорой.

Поступая, в основном, извне, компоненты биоса имеют свойство накапливаться в тканях. Так, довольно много их содержится в семенах, как в покоящихся, в виде неактивных комплексов, так и в прорастающих. Этим можно воспользоваться при стимулировании прорастания семян кактусов солодом (проросшими семенами злаков), о чем будет сказано позднее.

Витамины, входящие в группу Б, являются активаторами ферментов или входят в их состав. Таким образом при поглощении витаминов извне повышается концентрация ферментов в Фермент-субстратном комплексе, увеличивается скорость жизненно-важных процессов.

Кроме биоса, на рост корней оказывает влияние витамин D (его формы D2 и D,) и витамин В2 (рибофлавин).

Деление клеток стимулируют:

дифенилмочевина, которой богато молоко кокосового ореха. Полностью созревший эндосперм кокосовых орехов содержит меньше дифенилмочевины, но богат мезоинозитом. Из него можно выделить эти вещества путем экстракции этиловым спиртом;

лейкоантоцианин, который в достаточном количестве содержится в эндосперме конского каштана;

травматиновая кислота, способная значительно ускорить разрастание каллюсных клеток, в значительном количестве находится в незрелых семенах фасоли. В стерильной среде* свежую кашицу из зеленых семян фасоли можно применять для стимулирования скорейшего срастания срезов при прививке кактусов. Причем, даже на одревесневших подвоях в этом случае прививка проходит успешно (при вероятности 97%).

* биологически-активные вещества являются превосходным субстратом для грибов, бактерий и других микроорганизмов, которые при отсутствии стерильности высеваются на свежих срезах.

Рис. 73. Стимуляторы ростовых процессов группы Б.

Кроме перечисленных веществ на физиологические процессы в растениях влияют аминокислоты, их производные и низкомолекулярные органические вещества, отсутствие или недостаток которых ведет к снижению синтеза белков и других органических веществ. Из последних хотелось бы выделить янтарную кислоту.

Янтарная кислота в растениях участвует в энергетических обменных реакциях, активизирует ферменты. Еще в 1943 году А.В.Благовещенским было установлено, что обработка семян слабым раствором янтарной кислоты перед посевом стимулирует их прорастание.

Сущность действия янтарной кислоты сводится к снижению энергетического уровня большинства ферментных реакций, т.е. при одинаковом количестве энергетических веществ ферментные реакции будут идти активнее в тех тестах, где применялась янтарная кислота.

Основные «полезные» свойства янтарной кислоты:

– ускорение роста корней;

– в зависимости от температурных параметров изменяется форма активности: при +10 – +15 °С янтарная кислота стимулирует разложение крахмала, но тормозит рост корней, а при +28 – +30 °С активизирует процессы роста корня, но тормозит разложение крахмала;

– стимулирует наряду с гиббереллинами прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок.

С целью установления приемлемой концентрации янтарной кислоты для активирования физиологических процессов у кактусов автор проводил ряд опытов на семенах, сеянцах и взрослых растениях некоторых видов Parodia sp.sp., Mammillaria sp.sp., Gymnocalycium sp.sp., Astrophytum sp.sp. и др. (всего 182 вида). Усредненные данные по всем экспериментам позволили сделать следующие выводы: при обработке семян оптимальная концентрация янтарной кислоты 90 – 110 мг/л, семена следует замачивать при температуре +30 °С в течение 1 часа, а затем промыть водой.

Небезынтересно посмотреть на средние результаты опытов по обработке кактусов, растущих на водной гидропонной культуре, только янтарной кислотой. В качестве контрольной группы сравнивались растения, получавшие только воду. Процент роста вегетативных органов в опытных группах определялся по отношению к контролю.

концентрация янтарной кислоты (мг/л)

рост стебля (по объему)

рост корня (по суммарной длине)

вода (контроль)

100%

100%,

115

97%

208%

25

139%

275%

2

111%

203%

Как видно из таблицы, оптимальная концентрация янтарной кислоты – 23 – 25 мг/л., причем корни реагируют примерно в два раза активнее, чем стебель. Янтарную кислоту вносят путем полива при уже хорошо промоченном субстрате весной, когда растение тронулось в рост. Чрезмерное и частое употребление янтарной кислоты даст обратный результат из-за перенапряжения растения.

В заключение главы хочется вкратце остановиться на механизме регулирования физиологических процессов гормональными и биологически-активными веществами, т.к., основываясь на этих принципах, круг регуляторов может быть значительно расширен.

В результате многолетних исследований выяснено, что для того, чтобы вещество обладало регуляторной активностью, необходимо наличие в молекуле:

1. ароматического (бензольного) кольца

2. наличие кислотной боковой цепи:

 3. пространственная удаленность этих двух активных элементов молекулы друг от друга:

От сочетания и наличия этих трех факторов зависит активность биостимулятора. Так, например, молекула гетероауксина удовлетворяет всем перечисленным требованиям, что в свою очередь, определяет ее повышенную гормональную активность, которая значительно выше таковой у кинетика, не имеющего карбоксильной группы. Правда, к фузикокцину и брассиностероидам это не относится, поэтому до сих пор не утихают споры о классификации этих веществ как гормонов.

Кроме этого, веществу-регулятору надо проникнуть через клеточную мембрану в цитоплазму. Клеточная стенка представлена тремя слоями: двумя белковыми и одним липидным (жировым), расположенным между ними. Липидный слой состоит из полиненасыщенных* жирных кислот, которые могут легко восстановливаться и окисляться, что ведет к изменению степени проницаемости клеточных мембран. Основной причиной окисления жирных кислот является присутствие в клетках свободных радикалов.

По принципу образования свободных радикалов вещества-регуляторы можно объединить в две группы. К биорегуляторам первой группы относятся:

1. Вещества, которые в клетке легко распадаются с образованием свободных отрицательно заряженных радикалов, например, молекула йода – на два иона:

которые при разрыве ковалентных связей и присоединении атомов кислорода образуют свободные отрицательные радикалы перикисного типа**

молекула перекиси водорода – на два гидрокси-иона (радикала):

  соляная кислота – на ион водорода и ион хлора:

2. Вещества, в молекулах которых присутствуют концевые ненасыщенные группы, например:

3. Вещества, способные легко отдавать атом водорода и приобретать отрицательный заряд. Водород отщепляется от таких функциональных групп, как:

а также, от радикалов, содержащих четвертичный атом азота =N– в гетероцикле.

С другой стороны, активность биорегуляторов зависит от присутствия в их молекулах галогенных (фтор, хлор, йод и т.п.) радикалов или радикала диоксида азота (-NO2), которые резко увеличивают образование отрицательных радикалов в клетке.

* в органической химии ненасыщенными соединениями называются вещества, в молекулах которых существуют двойные ковалентные связи между атомами углерода. При восстановлении таких веществ эти связи рвутся, что дает возможность атомам водорода присоединиться к атомам углерода. Полностью лишенные двойных связей молекулы органических веществ называются насыщенными. Приставка «поли-» в данном случае означает наличие нескольких двойных ковалентных связей. ** перекисями называются вещества, в молекулах которых присутствует «лишний» атом кислорода, например: перекись водорода Н2О2. Атом кислорода легко отщепляется, поэтому перекиси являются потенциальными окислителями.

Регуляторы, имеющие одинаковые функциональные группы, могут быть сходны по типу воздействия на биохимические реакции, например:

гормоны ауксинового, гиббереллинового рядов, сакромицин, димедрол, гиосциамин, полиненасыщенные карбоновые кислоты:

производные мочевины, фталазол, диакарб, фенасал:

дикват, бриллиантовая зелень, Прозерпин, берберин: =N-.

В группу регуляторов второго типа входят биологические антиоксиданты, легко отдающие два атома водорода и превращающиеся в отрицательно заряженные радикалы. Наиболее известные антиоксиданты: витамины С и Е, гидрохиноны. Антиоксиданты тормозят физиологические процессы, «консервируют» клетку, поддерживают окислительно-восстановительный потенциал клетки во время стагнации растения. Их присутствие необходимо для успешного депонирования запаса питательных веществ в зародыше семени, в семядолях и эндосперме. По -этому же принципу работает фузикокцин, вызывающий активизацию водородно-калиевого насоса* и повышение потенциала клеточных мембран.

Говоря о регуляторах ростовых процессов, значительная часть которых синтезируется растениями, нельзя обойти вниманием биологически-активные соединения, не влияющие непосредственно на рост, однако в значительной мере поддерживающие химизм и энергетику физиологических процессов.

Речь идет об алкалоидах, стероидах, латексных и т.п. веществах, содержащихся в соке и тканях кактусов. Химический состав этих соединений неоднороден и зависит как от вида растения, так и от условий окружающей среды – замечено, что уровень алкалоидов у кактусов, произрастающих на землях, относительно богатых органическими веществами, значительно выше по сравнению с таковым у растений, растущих на бедных минерализованных почвах.

Исторически сложилось так, что видовое разнообразие лекарственных растений аридных зон ничтожно мало по сравнению с тем богатством лекарственных растений, которые встречаются в более влажных регионах, поэтому в пустынях местным населением каждый лекарственный вид очень ценится.

Ведущее место в рейтинге лекарственных растений у местного населения занимает небезызвестный пейотль – Lophophora williamsii. В тканях этого кактуса продуцируется более шестидесяти алкалоидов – это поистине биохимическая фабрика. История применения пейотля человеком насчитывает около шести тысяч лет. Главной же особенностью пейотля, наряду с его лечебными свойствами, является способность вызывать цветные галлюцинации. Постепенно это свойство настолько затмило фармакологическую ценность лофофор, что поставило их под угрозу исчезновения с лица Земли. Аналогичная угроза нависла и над другими синтезирующими мсскалин (основной галлюциноген пейотля) или вещества подобного действия растениями: Obregonia clenegrii, Pelecyphora aselliformis, Ariocarpus sp.sp. и другие виды, которые специалисты так и называют «пейотлевые кактусы».

                                            Рис. 72. Алкалоиды мескалинового ряда.

при воздействии фушкокцшш ионы водорода более активно выходят из клетки, и ионы калин более акпшкпо проникают чере 1 мембрану в цитоплазму.

Огромный урон пейотлевым кактусам наносят браконьеры. Если профессиональные, часто потомственные пейотерос (сборщики пейотля) собирают головки лофофор только по окончании вегетационного периода и на момент полного высыхания почвы, то браконьеры ищут лофофоры, в основном, по цветкам, когда растения активно вегетируют. Количество алкалоидов в этот период

Рис. 73. Алкалоиды тетраизоквинолинового ряда

в тканях минимально. Браконьеры либо выдергивают растения целиком (в корнях мескалина практически нет), либо варварски вырезают головки, часто занося на место среза инфекцию.

Когда был синтезирован искусственный мескалин и цены на лофофоры упали, пейотлевый бум несколько снизился. Однако, как пишет в своих исследованиях Э.Андерсон, в последнее время спрос на пейотль возрастает, хотя и при умеренных ценах на него. Так, 1000 высушенных головок лофофоры стоят в среднем всего лишь 160 американских долларов.

Несколько облегчает участь пейотлевых кактусов тот факт, что мескалин обнаружен в тканях крупного цереусового кактуса Trichocereus pachanoi, который местное население называет «кактус святого Петра» (San Pedro), и есть возможность стимулировать синтез образования мескалина в его тканях путем инъекции допамина.

В ходе ряда экспериментов было доказано, что алкалоиды поддерживают резистентность (невосприимчивость к заболеваниям) растительных клеток на должном уровне.

Клеющие и латексные вещества сока кактусов имеют свойство быстро затвердевать на воздухе. Они стимулируют клеточное деление и нарастание каллюса. Местные индейские племена добавляют мякоть некоторых кактусов в глину при изготовлении посуды. Отмечена способность сока кактусов склеивать края раны и препятствовать проникновению туда инфекции.

Стеролы, как предшественники многих гормонов, особенно половых, играют важную роль в созревании генеративных органов растений. Так, например, Lophophora williamsil v.decipiens имеет псевдодвудомные цветки. То есть в определенных условиях у одних кактусов образуются цветки с недоразвитыми пыльниками, а у других – с недоразвитыми семяпочками. При изменении условий внешней среды псевдодвудомность цветков исчезает.

Кстати, подобная черта свойственна не только L. williamsii v.decipiens, при детальном изучении популяций некоторых Gymnocalycium sp.sp., Notocactus sp.sp., Astrophytum sp.sp. было отмечено от 7 до 15% растений с неполным развитием андроцея или гинецея – мужских и женских органов цветка. Опираясь на закон Н.И.Вавилова «о наследственной изменчивости гомологических рядов»*, можно предположить наличие такого феномена в популяциях любых кактусов.

Вегетативное  размножение  кактусов

Спocoбы вегетативного размножения можно условно разделить на три группы: черенкование, прививка и микроразмножение. Такое деление условно, потому что способы вегетативного размножения многократно пересекаются, объединяются друг с другом, вытекают один из другого.