Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ УЗОРЧАТОЙ ТЕКСТУРЫ ДРЕВЕСИНЫ КАРЕЛЬСКОЙ БЕРЕЗЫ

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.