Методы определения морфологических характеристики шишек и семян, показателей выхода семян из шишек

 

Репродуктивная способность клонов плюсовых деревьев на лесосеменных плантациях выступает одним из важнейших показателей экономической эффективности данных объектов, определяющих затраты на производство единицы продукции (1 кг семян). Известно (Молчанов, 1967), что выход и полнозернистость семян зависит от размеров шишек. Размеры и масса шишек изменяются в пределах кроны дерева, зависят от климата, почвенных условий места произрастания, возраста и состояния деревьев (Молчанов, 1967). В этой связи при построении схемы опыта нами использованы одновозрастные растения, размещенные в одинаковых экологических условиях. При этом учитывали методические подходы, апробированные нами ранее на аналогичных объектах (Бессчетнов, 2011 в; 2012 в, г, д, ж; 2013 б; Бессчетнова, 2002; 2004 б, и; 2006 а, 2011 а; 2014 в, г).

 

Каждое плюсовое дерево (ортет) в данном опыте представлено 3 – 8 своими клонами (раметами), с каждого из которых одновременно собирали все доступные нормально развитые неповрежденные шишки. Каждая из них выступала первичной единицей выборки. Типичные шишки (ОСТ 56-23 – 75, 1975) для анализа заготавливали с периферии хорошо освещенного участка кроны соответствующего генеративного яруса (Прохоров, 1975).Сроки заготовки приурочены к фазе изменения окраски шишек (ноябрь). Все шишки были измерены в течение 10 дней, что позволило обеспечить стабильность их исходного состояния, учитывая созданные для этого необходимые условия хранения.

 

Из числа количественных признаков регистрации подлежали основные линейные параметры шишек (рис. 8.1 а):

- H – длина шишки: осевое расстояние от вершины шишки до её основания;

- L1 – боковое расстояние от вершины шишки до плоскости ее максимального диаметра;

- L – высота основания шишки: осевое расстояние от её основания до плоскости максимального диаметра;

- d – максимальный диаметр шишки;

- r – радиус шишки в плоскости максимального диаметра.

 

а	б

Рисунок 8.1 – Учитываемые количественные показатели шишек:

а) линейные параметры; б) объемные фигуры

 

Кроме этого определяли массу шишки и объемы геометрических тел, вписанных в её объем (см. рис 8.1 б). Массу шишек устанавливали взвешиванием на лабораторных весах Scout S C 2020 (рис. 8.2), точность которых по их паспортным данным соответственно составляет и 0,01 г.

Рисунок 8.2 – Определение массы шишек

 

Линейные параметры – длину, максимальный диаметр, боковое расстояние от кончика шишки до плоскости максимального диаметра – измеряли электронным штангенциркулем с точностью до 0,1 мм (рис. 8.3 – 8.5).

Рисунок 8.3 – Измерение длины шишек

 

Рисунок 8.4 – Измерение бокового расстояния от вершины шишки до плоскости её максимального диаметра

 

Признаки непосредственного учета – прямые количественные признаки шишек – получили следующее обозначение и индексацию:

- признак 1 – длина шишки – расстояние от вершины шишки до наиболее удаленной точки её основания;

- признак 2 – кратчайшее боковое расстояние от вершины шишки до плоскости её максимального диаметра;

- признак 3 – максимальный диаметр шишки;

- признак 4 – масса шишки.

 

Рисунок 8.5 – Измерение максимального диаметра шишек

 

Производные количественные признаки шишек:

- признак 5 – осевое расстояние от вершины до плоскости максимального диаметра (h_К): h_К=(L1² – r²)^-2;

- признак 6 – отношение длины шишки к её максимальному диаметру;

- признак 7 – отношение осевого расстояния от вершины шишки до плоскости её максимального диаметра к максимальному диаметру (двойной тангенс угла наклона линии бокового расстояния);

- признак 8 – отношение длины шишки к боковому расстоянию от вершины до плоскости максимального диаметра (О_HL): О_HL =H/L1;

- признак 9 – отношение высоты основания шишки к её максимальному радиусу (тангенс угла наклона линии бокового расстояния);

- признак 10 – высота основания шишки как разность между длиной шишки и осевым расстоянием до плоскости максимального диаметра (h_C): h_C=Н – h_К;

- признак 11 – отношение высоты основания шишки к осевому расстоянию – «выпуклость основания»;

- признак 12 – объем конуса (V_К): V_К = 1/3×π×r²×h_К объем, ограниченный поверхностью конуса, вписанного в тело шишки (в расчетах уменьшен в 1000 раз);

- признак 13 – объем сегмента (V_C): V_C=π×h_C²×(3×r - h_C)/3 объем, ограниченный поверхностью сегмента сферы, вписанного в тело шишки (в расчетах уменьшен в 1000 раз);

- признак 14 – суммарный объем конуса и сегмента;

- признак 15 – отношение массы шишки к суммарному объему конуса и сегмента, построенных на основании круга в плоскости максимального диаметра шишки – плотность шишки;

- признак 16 – отношение массы шишки к её длине (линейно распределенная масса шишки);

- признак 17 – отношение объема сегмента к объему конуса, вписанных в пространственные границы шишки.

 

При вычислении значений учитывали, что если признать равенство собственно осевой длины шишки и её бокового расстояния, мы будем иметь геометрически правильный сегмент шаровой сферы. Если «выпуклость основания» возрастает, то объем сегмента увеличивается пропорционально увеличению высоты основания шишки. Это будет иметь тем большее значение, чем больше отношение осевой длины шишки к её боковому расстоянию. Тогда в формулу расчета объема сегмента целесообразно ввести поправку на увеличение высоты основания, используя коэффициент отношения длины шишки и её бокового расстояния – признак-8. Тогда скорректированная формула примет вид: V_C= О_HL×π×h²×(3×r - h_C)/3.

Качественные признаки шишек. Кроме того, для каждого учетного дерева (рамета), каждого плюсового дерева (ортета) была визуально определена форма апофиза семенных чешуй шишек с определением градаций: а) гладкий; б) выпуклый; в) крючковатый. Окраска шишек определялась по следующим градациям цвета, установленным с использованием шкалы А.С. Бондарцева (Бондарцев, 1954): а) коричневая; б) темно-коричневая; в) светло-коричневая; г) серо-коричневая; д) болотная. Форма шишек определялась по следующим категориям: округлые, овальные, удлиненно-конические, широко-конические, конические, заостренно-овальные, затуплено-конические. Окраска и форма шишек, форма апофиза семенных чешуй определялась для каждой шишки отдельно, затем по преобладающей форме и окраске устанавливался цвет и форма в пределах отдельного учетного дерева и всех рамет плюсового дерева.

 

Анализ морфологических признаков семян. Репродуктивная способность клонов плюсовых деревьев на лесосеменных плантациях выступает одним из важнейших показателей экономической эффективности данных объектов, определяющих затраты на производство единицы продукции (1 кг семян). Одной из характеристик репродуктивной способности хвойных видов выступает количество семян различных категорий (развитых и недоразвитых), получаемых из шишек, способность шишек к раскрыванию при установленных технологиях переработки лесосеменного сырья хвойных пород. В целом при анализе характеристик семян вся полученная первичная лесоводственная информация представляла собой набор качественных и количественных прямых и производных признаков.

Качественные признаки включали в себя оценку окраски семян и их крылаток, что производилось визуально. В дальнейшем они были использованы при идентификации объектов.

Прямые количественные признаки семян: представлены массивами данных, полученных в процессе непосредственных – прямых – измерений анализируемых параметров. Названия и номерные индексы признаков приведены ниже:

 

- признак 1 – масса семени,

- признак 2 – длина семени,

- признак 3 – ширина семени,

- признак 4 – длина крылатки семени,

- признак 5 – ширина крылатки семени.

 

Были определены следующие производные признаки семян:

 

- признак 6 – коэффициент формы семени как отношение длины семени к его ширине;

- признак 7 – коэффициент плотности семени как отношение массы семени к произведению длины семени на его ширину;

- признак 8 – коэффициент формы крылатки как отношение длины крылатки к её ширине;

- признак 9 – коэффициент площади крылатки как произведение длины крылатки на её ширину;

- признак 10 – коэффициент парусности семени как отношение массы семени к коэффициенту площади крылатки;

- признак 11 – коэффициент вытянутости семени как отношение коэффициента формы семени к коэффициенту формы крылатки.

 

Анализ признаков выхода из шишек семян. Важным показателем репродуктивной способности хвойных видов выступает количество семян различных категорий (развитых и недоразвитых), получаемых из шишек, способность шишек к раскрыванию при установленных технологиях переработки лесосеменного сырья хвойных пород.

 

При анализе выхода семян из шишек признаками непосредственного учета выступали:

 

- признак 1 – выход нормально развитых семян;

- признак 2 – выход неразвитых (ненормально развитых) семян;

 

 

Производными признаками выхода семян из шишек явились:

 

- признак 3 – суммарный выход семян;

- признак 4 – доля нормально развитых семян в их общем количестве.

Определение раскрываемости шишек осуществлялась по двум качественным градациям:

 

а) раскрывшиеся;

б) не раскрывшиеся.

 

Для каждой шишки определялось две категории семян (рис. 8.6):

 

а) развитые;

б) недоразвитые – менее 2/3 размера нормально развитых семян.

 

Рисунок 8.6 – Общий вид семян по категориям

Прямые количественные признаки были систематизированно занесены в таблицы и представляют собой варьируемые показатели учета (счет) количества развитых семян, количества недоразвитых семян, количество раскрывшихся и нераскрывшихся шишек, количество семян, свободно высыпавшихся из шишек в процессе сушки.

 

Высушивание шишек осуществлялось в два этапа. Предварительно шишки высушивались в режиме свободной воздушной сушки при температуре – 20 – 25 С⁰ в течение 10 – 20 дней до изменения окраски на деревянистую – разные оттенки коричневого или серого (Редько, 1985), при этом появились щели между семенными чешуями. Затем окончательное высушивание производилось в лабораторных сушильных шкафах HS 61A и СНОЛ – 25.25/2М (рис. 8.7) при температуре 50^оС, продолжительность сушки – 10 – 12 часов, к этому времени шишки раскрывались. Высушивание осуществлялось отдельно по каждому учетному дереву в составе клона.

 

Рисунок 8.7 – Шишки высушивались в сушильном шкафу

 

С каждого дерева каждого клона было заготовлено 100 – 200 шт. шишек, учету подвергались случайно извлеченные из пакета 30 – 70 шт. Затем из шишек были извлечены все семена. Постукивание о твердую поверхность не дало полного извлечения семян (рис. 8.8).

Рисунок 8.8 – Первоначально семена извлекались постукиванием

шишек о твердую поверхность

В дальнейшем шишки разрушались механически с помощью долота с тем, чтобы извлечь все семена (рис. 8.9, 8.10).

Рисунок 8.9 – Извлечение семян в процессе механического

разрушения шишек

 

Рисунок 8.10 – Полное разрушение шишек при извлечении семян

 

Относительные количественные признаки – это признаки, которые нельзя зарегистрировать в момент проведения наблюдений или лабораторных экспериментов. Они фиксируются путем промежуточных вычислений в результате математических действий между несколькими прямыми признаками. Целесообразность применения наряду с прямыми относительных признаков состоит в том, что с их помощью удается получить более показательные и информативные данные, чем оперируя одними прямыми признаками. Были использованы следующие относительные признаки:

- суммарное количество семян всех категорий учета;

- доля нормально развитых семян в их общем количестве.

 

При анализе характеристик семян вся полученная первичная лесоводственная информация представляла собой набор прямых и производных количественных признаков. Первичной единицей выборки в данном опыте соответственно выступало отдельное не обескрыленное семя. Семена извлекали вручную из каждой полностью высушенной шишки отдельно путем их полного механического разрушения. Поврежденные, пустые, щуплые, недоразвитые семена учитывали отдельно и в последующем отбраковывали.