СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ УЗОРЧАТОЙ ТЕКСТУРЫ ДРЕВЕСИНЫ КАРЕЛЬСКОЙ БЕРЕЗЫ Российский патент 2016 года по МПК A01G23/00 A01G7/00 

Изобретение относится к области биологии растений, в частности к биохимической диагностике, и касается способа выявления растений карельской березы с высокой степенью узорчатости древесины ствола.

Карельская береза (Betula pendula Roth var. carelica) - форма березы повислой, имеющая широкую мировую известность благодаря узорчатой текстуре древесины. У карельской березы при любом варианте скрещивания родительских форм в потомстве появляются особи как с узорчатой, так и безузорчатой текстурой древесины. При этом степень развития узора, а, следовательно, и хозяйственная ценность растений, варьирует от дерева к дереву, в связи с чем вопрос диагностики этого ведущего признака при изучении насаждений карельской березы приобретает важное значение.

Известен визуальный способ диагностики узорчатой структуры древесины у карельской березы по формам поверхности ствола, наличию бугорчатости (Евдокимов А.П. Эколого-биологические свойства и обоснование методов выращивания карельской березы: Автореф. дис.…канд. с.-х. наук. Л., 1978. 24 с.).

Однако внешние, косвенные признаки поверхности ствола, используемые в данном способе, не всегда отражают действительную степень узора древесины.

Известен способ диагностики узорчатой текстуры древесины, по которому осуществляют вырезание участка коры 2×4 или 3×4 см в зависимости от диаметра ствола, с последующим его приживлением. После удаления коры на обнаженной поверхности древесины определяют количество ямок и углублений разной формы, по обилию которых судят о степени узорчатости древесины (Ермаков В.И. Механизмы адаптации березы к условиям Севера. Л.: Наука, 1986. 144 с.).

Недостатком способа является его высокая травматичность, так как в процессе диагностики повреждается относительно большой участок ствола дерева, при этом вырезанная кора часто не приживается и может приводить к загниванию древесины.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ диагностики узорчатой древесины карельской березы, по которому в одногодичных сеянцах потомства карельской березы в фазе глубокого покоя определяют активность пероксидазы лубяной ткани. О наличии признаков узорчатой древесины судят по скорости проявления активности пероксидазы, которая находится в обратно пропорциональной зависимости с признаком узорчатости (Патент РФ №2063679, опубл. 1996).

Недостатком известного способа является то, что появление внешних признаков узорчатости оценивают визуально на 3-летних сеянцах. Для карельской березы характерна высокая степень гетерогенности, структурные аномалии тканей ствола у нее могут с возрастом как появляться, так и затухать и зависят от воздействия факторов среды (Новицкая Л.Л. Карельская береза: механизмы роста и развития структурных аномалий. Петрозаводск, 2008. 144 с.). Данный способ, основанный на визуальной оценке внешних признаков узорчатости на 3-летних сеянцах, не позволяет с высокой степенью достоверности судить о степени узорчатости древесины у взрослых деревьев. Проведенные авторами исследования выявили, что активность пероксидазы в лубе в меньшей степени коррелирует с узорчатостью древесины у взрослых растений, по сравнению с пероксидазной активностью в ксилеме. Использование в качестве субстрата бензидина в полной мере не может отражать физиологический механизм пероксидазного окисления в растении, поскольку аналогов бензидина в растении не встречается и по реакции его пероксидазного окисления можно судить только о химизме процесса. Кроме того, оценка скорости проявления активности пероксидазы производится только визуально по наличию синего окрашивания капель, что является качественной характеристикой и не имеет количественного подтверждения, что также снижает точность оценки.

Задачей предлагаемого изобретения является создание экспрессного и достоверного способа определения степени узорчатости древесины взрослых деревьев карельской березы при минимальном повреждении поверхности ствола, что позволит точнее отбирать высокоузорчатые экземпляры карельской березы как для заготовки древесины, так и для дальнейшего культивирования признака.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности оценки степени узорчатой текстуры древесины карельской березы при минимальном повреждении поверхности ствола.

Технический результат достигается тем, что в способе диагностики узорчатости древесины карельской березы, включающем определение активности пероксидазы в ткани растений березы и выявление ее корреляции со степенью узорчатости древесины, согласно изобретению активность пероксидазы определяют у растений березы с признаками бугорчатости в возрасте ≥15 лет в период активного камбиального роста в ксилемной ткани в реакции окисления гваякола при pH 4.8, при этом активность пероксидазы прямо пропорционально коррелирует со степенью узорчатости древесины.

Способ осуществляется следующим образом.

У растений березы с признаками бугорчатости в возрасте ≥15 лет в период активного камбиального роста (начало июля) из ствола березы буром высверливают радиальные керны ксилемы диаметром 4-5 мм и длиной 2-4 см в зависимости от диаметра ствола. Образцы ксилемы отбирают перпендикулярно продольной оси ствола дерева в местах с характерными вздутиями, неровностями, крупными бугорками и бугорчатыми выпуклостями. С каждого дерева рекомендуется отбирать по 3-5 образцов ксилемы в зависимости от неоднородности поверхности ствола. Высверленные керны помещают в пакеты из кальки и опускают в сосуд Дьюара с жидким азотом. Дальнейшая работа с образцами ксилемы проводится в лабораторных условиях. Растительные ткани растирают в жидком азоте до однородной массы. Навеску 0,6 г сырого материала гомогенизируют при 4°С в 6 мл буфера следующего состава: 50 мМ фосфатный буфер (рН 7.8), 0.5 мМ ЭДТА. После 20-минутной экстракции гомогенат центрифугируют при 10000 g при 4°С в течение 20 минут. В надосадочной жидкости (ферментативный препарат) определяют активность пероксидазы. Активность пероксидазы определяют спектрофотометрическим методом по скорости образования продукта реакции тетрагваякола (с учетом коэффициента экстинкции ε_470нм=0.0266 мкМ^-1 см^-1). Пероксидазную активность в тканях ксилемы в реакции окисления гваякола выражают как: мкмоль образовавшегося тетрагваякола на мг белка за 10 минут.

В качестве эталона сравнения использовали прямоствольные деревья карельской березы, на поверхности ствола которых не было признаков бугорчатости (контроль 1). Параллельно для определения пероксидазной активности с изучаемых деревьев отбирали также ткани луба (контроль 2 по прототипу).

Для оценки корреляции активности пероксидазы и степени узорчатости древесины использовали способ диагностики узорчатой текстуры, предложенный В.И. Ермаковым (Ермаков В.И. Механизмы адаптации березы к условиям Севера. Л.: Наука, 1986. 144 с.). На стволе вырезали участок коры и на поверхности древесины определяли количество и глубину ямок и количество темноокрашенных включений. После их пересчета на 1 см² устанавливается показатель плотности рисунка. Очень плотный рисунок - 3 балла, плотный рисунок - 2 балла, редкий рисунок - 1 балл, отсутствие углублений - 0 баллов (контрольные растения).

На фиг. 1 показана окоренная поверхность древесины растений карельской березы, относящихся к разным группам в зависимости от степени узорчатости древесины. А - 0 баллов, Б - 1 балл, В - 2 балла, Г - 3 балла.

В эксперименте было обследовано 55 деревьев, среди которых 23 дерева - контрольные, а остальные с разным проявлением степени узорчатости, не менее 10 деревьев в каждой группе. Результаты исследования представлены в таблице.

Анализ данных таблицы показывает, что пероксидазная активность в ксилеме, определяемая по предлагаемому способу, прямо пропорциональна степени узорчатости древесины.

Полученные данные обрабатывались с помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена, относящегося к непараметрическим методам для статистического изучения связи между явлениями, что показано на фиг. 2.

Фиг. 2. Показана зависимость между активностью пероксидазы в реакции окисления гваякола (pH 4.8) (мкмоль образовавшегося тетрагваякола на мг белка за 10 мин) в ксилеме и показателем узорчатости древесины (баллы от 0 до 3). Над графиком приведено значение коэффициента ранговой корреляции Спирмена (0.9196) при уровне значимости <0.0001.

На фиг. 3 показана зависимость между активностью пероксидазы в реакции окисления гваякола (pH 4.8) (мкмоль образовавшегося тетрагваякола на мг белка за 10 мин) в лубе (контроль по прототипу) и показателем узорчатости древесины (баллы от 0 до 3). Над графиком приведено значение коэффициента ранговой корреляции Спирмена и уровень значимости.

Анализ определения активности пероксидазы в лубе показывает, что пероксидазная активность также прямо пропорциональна степени узорчатости древесины, однако корреляция между показателем плотности рисунка (баллы) и активностью пероксидазы более низкая, чем в ксилеме (0.8204) (фиг. 3).

Таким образом, предлагаемый способ является более чувствительным и позволяет дать количественную оценку активности пероксидазы, в связи с чем может использоваться для экспресс-диагностики степени узорчатости древесины ствола карельской березы как на лесосеменных плантациях, так и в местах ее естественного произрастания с минимальным повреждением поверхности ствола.

Изобретение относится к области биологии растений и лесоводству. Способ включает определение активности пероксидазы в ткани растений березы и выявление ее корреляции со степенью узорчатости древесины. Активность пероксидазы определяют у растений березы с признаками бугорчатости в возрасте ≥15 лет в период активного камбиального роста в ксилемной ткани в реакции окисления гваякола при pH 4.8. При этом активность пероксидазы прямо пропорционально коррелирует со степенью узорчатости древесины. Способ позволяет повысить точность оценки степени узорчатости древесины карельской березы при минимальном повреждении ствола дерева и может использоваться при экспресс-диагностике качества древесины растений как на лесосеменных плантациях, так и в местах их естественного произрастания. 3 ил., 1 табл.

Способ диагностики узорчатой текстуры древесины карельской березы, включающий определение активности пероксидазы в ткани растений березы и выявление ее корреляции со степенью узорчатости древесины, отличающийся тем, что активность пероксидазы определяют у растений березы с признаками бугорчатости в возрасте ≥15 лет в период активного камбиального роста в ксилемной ткани в реакции окисления гваякола при pH 4.8, при этом активность пероксидазы прямо пропорционально коррелирует со степенью узорчатости древесины.