Для доказательства указанного предположения были проведены специальные эксперименты, в которых при помощи прививок соединялись в одной особи листья и точки роста различных по онтогенезу однолетних и двулетних видов рода Brassica: капусты белокочанной (Brassica capitata) и капусты абиссинской (Brassica crenata) — дикорастущего вида, эндемика Эфиопии, способного бутонизироаать при непрерывном освещении через 15—20 сут после всходов.
Капуста белокочанная в первый год жизни образует кочан, зацветает только на второй год жизни, и уж во всяком случае ее вегетационный период во много раз длиннее, чем у капусты абиссинской.
Для прививок были использованы готовые к цветению растения капусты абиссинской с 4—5 листьями, молодые растения этого же вида, но находившиеся с момента появления всходов в условиях короткого дня и потому строго вегетативные, рассада белокочанной капусты с 4—5 листьями и ее сеянцы с 1—2 листьями.
Капусту абиссинскую в качестве донора для белокочанной капусты выращивали в течение 20 сут при непрерывном освещении. После этого у нее удалили все собственные почки, начиная с вершинной, и на декапетированную вершину привили сеянцы белокочанной капусты. В этом случае рецепторы — молодые всходы двулетнего растения, находившегося в ювенильном состоянии,— оказывались под воздействием половозрелых листьев донора, находящегося при непрерывном освещении.
Привои-рецепторы после срастания при помощи светонепроницаемых картонных цилиндров лишались света и, находясь в темноте, жили только за счет листьев подвоев, т. е. половозрелых доноров. Несмотря на некоторую этиоляцию, привои перешли к цветению через 35—45 дней после прививки, а затем дали и зрелые семена. Следовательно, в этом случае нормальное двулетнее растение превратилось в однолетнее с вегетационным периодом около 60 сут. Тем самым нам удалось доказать, что конусы нарастания двулетнего вида, обычно переходящего к репродукции на второй год жизни, способны под воздействием листьев однолетнего вида зацвести в сроки, обычные для однолетних видов.
Очевидно, собственные листья белокочанной капусты, как и все растение, в первое лето находятся в неполовозрелом состоянии, что не мешает им плодоносить под воздействием на их меристему половозрелых листьев однолетнего вида. Значит, двулетняя белокочанная капуста не цветет в первый год жизни не от того, что к этому не готовы точки роста, а от того, что ее листья в данный период находятся в неполовозрелом состоянии.
Чтобы еще раз убедиться в сказанном, были сделаны обратные прививки. Их целью было задержать цветение однолетней капусты абиссинской в результате влияния на ее меристему листьев рассады капусты белокочанной. Здесь донорами служили 5—6 листьев рассады различных сортов белокочанной капусты, на вершины которой прививали растения капусты абиссинской, выращиваемой до этого в течение двух недель после всходов при коротком 8-часовом дне. При таких условиях данный вид практически не переходит к репродукции. После прививки растения-рецепторы (привои) заключали в картонные цилиндры, не пропускающие свет.
Следовательно, с момента прививки рецепторы жили только за счет листьев донора, находившихся в неполовозрелом состоянии. Они хорошо срастались с подвоями и за 80 дней опыта образовали в темноте крупные, несколько этиолированные побеги, так и не перешедшие к репродукции. Причиной их неизменной вегетации была не этиоляция, что проверили при специальных контрольных прививках капусты абиссинской на однолетние крестоцветные виды. В данном случае также этиолированные привои капусты абиссинской быстро и обильно цвели в темноте под воздействием половозрелых листьев подвоев.
Из результатов опыта следует, что листья двулетних форм рода Brassica в первые месяцы жизни не способны вызывать переход к репродукции не только свои, но и поставленные под их контроль конусы нарастания скороспелых однолетников. Это несомненное прямое доказательство, что листья белокочанной капусты в данное время находятся в неполовозрелом состоянии, как и все растение в целом.
Значение листьев в прохождении у растений ювенильного периода подтвердилось в опыте с каланхое (Kalanchoe blossfeldiana). Это классический объект актиноритмических исследований и принадлежит к группе никтофильных растений. Оно способно размножаться листовыми черенками. Причем авторы одних работ пользовались вегетативным размножением, а другие начинали опыты с посева семян.
Опыты с каланхое мы проводили в искусственных условиях. Источником освещения служили зеркальные лампы накаливания с водяным экраном. Мощность освещения на уровне верхушек растений составляла 300 Вт/м2. Температура воздуха во время опытов колебалась от 25 до 30 °С. В каждом варианте было по 10 растений. На время темного периода растения переносили в светонепроницаемые камеры. В исследуемых режимах растения находились до начала созревания семян.
Семена каланхое были взяты в Ботаническом институте Академии наук СССР в Ленинграде. Листья для вегетативного размножения брали с растений, выращенных из этих семян. Следовательно, растения семенного и вегетативного происхождения представляли один ботанический образец.
Для получения листьев растения в течение четырех месяцев выращивали в условиях непрерывного освещения, созданного светоосветительными установками, состоящими из зеркальных ламп накаливания и водяного экрана. К концу срока маточные растения имели 6—7 пар листьев. Для вегетативного размножения использовали листья средних (четвертого и пятого) ярусов в возрасте 40 дней. Листья укоренялись при непрерывном освещении в тех же установках в керамзите с питательным раствором Кнопа удвоенной концентрации.
Укоренение листьев начиналось на 6—8-й день, а побеги появлялись на 24—26-й день. После появления побегов у большинства укоренившихся листьев было отобрано около 500 одновозрастных растений. Затем они были высажены в глиняные сосуды и распределены между вариантами актиноритмического опыта. В то же время были распикированы также в глиняные сосуды сеянцы каланхое в возрасте нескольких дней. Растения вегетативного происхождения составили две равные по числу группы: у растений одной группы маточный лист был оставлен, а на растениях другой при посадке в глиняные сосуды удален.
Сеянцы, побеги без маточных листьев и побеги с маточными листьями разделили на 23 варианта, отличающихся длиной дня, при которой выращивали растения каждого варианта. Световой период суток составлял от 2 до 24 ч с интервалом в 1 ч. Время появления бутонов и цветков фиксировали каждый день по всем вариантам опыта.
Сравнение сроков бутонизации и цветения сеянцев и побегов без маточных листьев показывает, что развитие этих двух групп растений ничем не отличается друг от друга: и бутоны, и цветки в благоприятных для цветения режимах появлялись в одни и те же сроки. Цветение каланхое во всех группах наблюдалось при длине дня от 5 до 12 ч, что соответствует и литературным данным. Во всех остальных вариантах, начиная с 13-часового дня, растения до конца опыта, длившегося 280 дней, оставались в вегетативном состоянии. Все сроки появления бутонов укладывались в период от 90 до 140 дней, причем при 12-часовом дне цвело 50 % растений, остальные оставались в вегетативном состоянии. Оптимальным для цветения был 10-часовой день.
Особого внимания заслуживает результат, полученный для вегетативно размноженных растений, у которых были оставлены маточные листья на весь период актиноритмического воздействия. В этом случае бутонизация и цветение во всех благоприятных для этого режимах оказались более ранними.
Очевидно, маточные листья, имеющие значительно больший возраст, чем листья сеянцев и молодых листовых побегов, начинают в более ранний период активно реагировать на благоприятные для цветения актиноритмы.
Чтобы проверить странное положение Хардера и Витча (Harder, Witsch, 1940) о переходе каланхое в определенном возрасте из короткодневной группы в нейтральную, был поставлен опыт с сеянцами этого растения, которые в течение 8 месяцев выращивали в условиях непрерывного освещения. К концу указанного срока каланхое имели высоту 16 см и 13 пар листьев. Так как, по Хардеру и Витчу, они стали нейтральными в 5-месячном возрасте, мы решили ограничиться выяснением сдвигов верхнего критического актиноритма. В наших опытах таким периодом оказался 12- часовой день.
Помимо проверки положения Хардера и Витча, в этом же опыте была сделана попытка более точного определения критического актиноритма для перехода каланхое от роста к воспроизведению генеративных органов.
С этой целью 8-месячные растения были разделены на 12 групп и поставлены в условия с длиной дня от 11 ч 10 мин до 13 ч с интервалом 10 мин.
Оказалось, что при длине дня, равной 11 ч 50 мин, все растения, без исключения, зацвели, при 12-часовом дне 40 % растений перешли к генеративному развитию, а остальные остались в вегетативном состоянии. При длине дня, равной 12 ч 10 мин, все растения также остались в вегетативном состоянии.
Следовательно, вопреки данным Хардера и Витча, каланхое и в 8-месячном возрасте обладает четкой короткодневной реакцией, а критическая длина дня в суточном цикле является величиной постоянной, независимо от возраста растений.
Цветение каланхое осуществляется только при условии, когда в сутках имеется не менее 12 часов темноты. Оптимальными для цветения актиноритмами являются 24-часовые циклы с 9, 10 и 11-часовым днем.
Вопреки данным Хардера и Витча, никтофильность каланхое наблюдалась до 2-летнего возраста (более 2 лет опыты с каланхое не проводились). Следовательно, нейтральность не характерна для данного растения. В наших опытах принадлежность каланхое к никтофильной группе не изменялась, как и у других растений.
Актиноритмические реакции каланхое в любом возрасте и при любых неблагоприятных для цветения актиноритмических условиях неизменны. Сколько бы времени данное растение ни находилось в неиндуцирующих цветение режимах, для перехода к цветению необходимо одинаковое число дней с оптимальными актиноритмическими условиями.
На границе верхнего критического актиноритмического режима для перехода каланхое к репродуктивному развитию имеют значение 10-минутные, а вероятно, еще и меньшие интервалы — по аналогии с результатами, полученными для периллы масличной. Сеянцы и побеги, у которых отделены маточные листья, дают бутоны и зацветают при оптимальных актиноритмах одновременно. Следовательно, онтогенез вегетативно размноженных растений не отличается от онтогенеза сеянцев.
Если у вегетативно размноженных побегов каланхое оставить маточные листья на период оптимального актиноритмического воздействия, то бутонизация и цветение их происходят на 30—40 дней скорее, чем бутонизация и цветение сеянцев и побегов, лишенных маточных листьев. Это объясняется, вероятно, тем, что маточные листья находятся в возрасте, способствующем более раннему активному восприятию оптимальных актиноритмов в связи с частично прошедшим в них ювенильным периодом.
Известно, что для репродуктивного развития имеют значение определенные сравнительно короткие периоды с оптимальными актиноритмическими циклами, созданные для растений в возрасте, когда листья способны к их активному восприятию.
Чтобы установить аналогичные закономерности у каланхое, были проведены специальные эксперименты в искусственных условиях. Источником освещения служили зеркальные лампы накаливания с водяным экраном. Температура воздуха колебалась от 25 до 30 °С.
Прежде всего, был поставлен опыт, где сеянцы и укорененные побеги, полученные в результате размножения листовыми черенками, в различном возрасте подвергались воздействию 10-часовым днем в течение разного времени. Мощность освещения на уровне верхушек растений в этом опыте составляла 300 Вт/м2. До начала воздействия 10-часовым днем растения выращивали при непрерывном освещении.
Если воздействие начиналось с первого дня жизни растений, им для перехода к бутонизации потребовалось 75 коротких дней. Актиноритмическое воздействие с меньшим числом коротких дней не обеспечивало цветения каланхое. С увеличением возраста растений в каждой из групп на 15 сут индукционный период постепенно сокращается. Однако это происходит до 120-дневного возраста. Начиная с этого возраста индукция остается неизменной — равной 20 сут. Отсюда можно сделать заключение, что только к 120-дневному возрасту растения перешли в стабильное (в смысле онтогенеза) состояние.
Результаты опыта, в котором различное число короткодневных циклов получали растения в возрасте 120 сут. Как уже отмечалось ранее, минимальной длиной индукционного периода при актиноритмическом воздействии 10-часовым днем является период, равный 20 дням. Оптимальное актиноритмическое воздействие в течение 5, 10 и 15 сут, несмотря на большую длительность послеиндукционного периода, не привело растения к репродуктивному развитию. Увеличение длины индукционного периода от 20 до 60 дней с интервалами в 5 сут показывает, что сроки бутонизации и цветения почти не зависят от числа короткодневных циклов сверх 20. Следовательно, у растений в 120-дневном возрасте процессы физиологической перестройки листа проходят полностью за 20 сут.
С возрастанием длительности короткодневного воздействия от 20 до 60 сут идет непрерывное увеличение числа цветков на растении. Очевидно, для обильного цветения каланхое необходимы оптимальные актиноритмические режимы и после прохождения индукционного периода.
Длительность и характер индукционного периода у сеянцев и побегов, полученных вегетативным путем, оказались одинаковыми.
Оставление маточного листа на побеге привело к тому, что растения, имевшие его во время индукционного периода, опередили сеянцы на 30—40 дней (в зависимости от возраста растений). Этот факт свидетельствует о высокой активности листьев определенного яруса и возраста для скорейшего протекания процессов, индуцируемых оптимальными актиноритмами.
Длина индукционного периода, т. е. минимального периода в оптимальных актиноритмических условиях, после которого может осуществляться нормальное цветение каланхое, составляет 20 дней, если световые и температурные условия будут близки к оптимальным.
Минимальный срок нахождения в оптимальных по длине дня актиноритмах, равный 20 дням, наблюдался в наших опытах только при достижении растениями каланхое 80—100-дневного возраста. Чем моложе были растения, тем большим у них было время индукции.
С увеличением времени индукционного периода выше минимального (равного 20 сут) от 20 до 60 дней у растений каланхое сроки бутонизации и цветения практически остаются постоянными, но значительно увеличивается число цветков на растениях, что говорит о действии оптимальных актиноритмов на формирование бутонов и цветков и после окончания индукции.
По-видимому, каланхое имеет длительный ювенильный период — около 80—100 сут, после окончания которого актиноритмическая индукция, необходимая для перехода к бутонообразованию, завершается всего за 20 сут. Причем ювенильные изменения, как и актиноритмическая индукция, осуществляются в листьях. Именно поэтому при удалении маточных листьев у листовых черенков каланхое перед началом актиноритмического индуцирования бутоны появляются более чем на месяц позже, чем у растений, у которых эти листья остаются не отделенными от появившихся из их калюса побегов. Очевидно, и калюс, и появившиеся из него стебли находились еще в ювенильном состоянии, как и сеянцы, причем в обоих случаях для завершения ювенильного периода потребовалось одно и то же время.
Актиноритмическая индукция, связанная с переходом растений от роста к цветению, осуществляется в листьях только в случае выхода их из ювенильного состояния. Листья неполовозрелых растений, находящихся в ювенильном состоянии, не способны к осуществлению актиноритмической индукции, необходимой для образования ими органов полового размножения. Поэтому о нормальной длительности индукционного актиноритмического периода можно судить только при его изучении на растениях, полностью завершивших ювенильный период. Если данное правило не соблюдается, то к длительности собственно индукционного периода всегда добавляется время, приходящееся на протекание или завершение ювенильного периода. Это явление было только что продемонстрировано на примере каланхое.
Возможно, что каланхое относится к такой группе никтофильных растений, которые могут цвести только при актиноритмических режимах, где на светлый период приходится менее половины суточного 24-часового цикла. Естественно, что выращивая подобные виды при электрическом освещении, следует пользоваться предельно короткими днями, например, для каланхое — 7-часовыми, что снизит стоимость культуры.