Дифференциация болотных и суходольных популяций видов семейства pinaceae lindl. (репродуктивные и кариотипические особенности) 03. 00. 05 ботаника
Скачать 0.66 Mb.
|
На правах рукописи Седельникова Тамара Станиславовна ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ БОЛОТНЫХ И СУХОДОЛЬНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ВИДОВ СЕМЕЙСТВА PINACEAE LINDL. (репродуктивные и кариотипические особенности) 03.00.05 – ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Томск – 2008 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения РАН Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Данченко Анатолий Матвеевич доктор биологических наук Дорогина Ольга Викторовна доктор биологических наук, профессор Тупицына Наталья Николаевна Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Ботанический сад Уральского отделения РАН Защита диссертации состоится « » _______ 2008 г. в ____ час. на заседании диссертационного совета Д 212.267.09 при ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36. Fax: (3822) 52-98-53, 52-96-01 С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета Автореферат разослан « » __________ 2008 г. Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук В.П. Середина О Б Щ А Я Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А Р А Б О Т Ы Актуальность темы. Болотные экосистемы как элементы природных ландшафтов играют важную биосферную роль, выполняя гидрологическую, геоморфологическую, климатическую функции и обеспечивая сохранение биологического разнообразия, а также имеют большое хозяйственное значение (Васюганское болото…, 2003). Произрастание лесных древесных видов в условиях почвенного гидроморфизма связано с динамикой и взаимодействием процессов лесообразования и болотообразования. Исключительно высокая заболоченность и масштабность территорий, занятых лесами гидроморфного генезиса в Западной Сибири, определяют актуальность разработки в условиях данного региона научной генетико-селекционной базы для обоснования путей рационального использования, воспроизводства, повышения продуктивности болотных древостоев и охраны генофонда слагающих их видов-лесообразователей. Репродуктивный потенциал заболоченных и болотных насаждений с участием представителей семейства Pinaceae Lindl. в Западно-Сибирском регионе определяется успешностью процессов семенного размножения, соответствующих условиям гидроморфных экотопов. Основными подходами к изучению репродуктивных процессов и оценке генетического разнообразия в популяциях хвойных являются морфологический и кариологический методы. Исследования генеративной сферы видов Pinaceae в различных местопроизрастаниях показали сопряженность изменчивости параметров репродуктивных структур и хромосомного полиморфизма с флуктуациями факторов окружающей среды (Правдин, 1964, 1975; Мамаев, 1972; Черепнин, 1980; Муратова, 1995; Абаимов, 1997; Санников, Петрова, 2003; Путенихин и др., 2005; Буторина и др., 2005). При этом исследования генеративных структур хвойных в гидроморфных экотопах проводились лишь в популяциях одного вида - Pinus sylvestris L., произрастающих на олиготрофных болотах Русской равнины, Урала, Зауралья и примыкающих районов Западной Сибири (Мамаев, Рождественский, 1973; Духарев и др., 1987; Санников, Петрова, 1996, 2003). Кариологически изучены только болотные популяции сосны в европейской части России (Шершукова, Абатурова, 1984; Буторина, 1989). Однако исследованиями подобного плана совершенно не охвачены болотные популяции других видов хвойных из родов Pinus L., Picea A. Dietr., Larix Mill. и Abies Mill., которые, в отличие от Pinus sylvestris, занимающего болота всех типов водно-минерального питания, способны произрастать и выполнять репродуктивную функцию исключительно на болотах евтрофного типа. Исследования генеративных структур и кариотипов видов Pinaceae, произрастающих на огромных площадях евтрофных болот Западно-Сибирской низменности, до настоящего времени не проводились. В свете вышесказанного возникла необходимость детального изучения морфологических особенностей генеративных структур, качества семян, а также кариологического анализа популяций видов семейства Pinaceae, произрастающих на болотах различных типов и суходолах Западной Сибири, что явилось основанием для выполнения настоящей работы и определило ее содержание. Цель работы заключается в анализе дифференциации болотных и суходольных популяций видов семейства Pinaceae на основе изучения их репродуктивных и кариотипических особенностей. Задачи исследований: - провести исследование популяционной структуры видов семейства Pinaceae, произрастающих на болотах и суходолах; - изучить морфологические признаки женских и мужских генеративных органов и качественные характеристики семян видов Pinaceae, а также особенности их изменчивости в связи с условиями произрастания на болотах и суходолах; - выполнить сравнительный кариологический анализ болотных и суходольных популяций видов Pinaceae с учетом числа хромосом, их размеров и морфологии, локализации и встречаемости вторичных перетяжек в хромосомах, числа ядрышек в интерфазных ядрах; - исследовать типы и встречаемость хромосомных мутаций и нарушений митоза в болотных популяциях видов Pinaceae по сравнению с суходольными популяциями данных видов, а также с насаждениями хвойных в экстремальных местопроизрастаниях; - выявить аномалии развития деревьев, произрастающих на болотах, и провести изучение их генеративных органов и кариотипа; - использовать данные изучения генеративных органов и кариологического анализа для уточнения систематического положения болотных и суходольных популяций видов Pinaceae, произрастающих на территории Западной Сибири. Основные положения, выносимые на защиту: - особенности генеративных органов и кариотипа, специфика популяционной структуры представителей семейства Pinaceae, произрастающих в гидроморфных и суходольных условиях, отражают процессы микроэволюции видов и их репродуктивный потенциал; - изменчивость морфологических параметров генеративных органов и посевных качеств семян, полиморфизм нуклеолярных локусов хромосом, уровень и спектр хромосомных мутаций характеризуют адаптивную реакцию растений и являются основными критериями дифференциации болотных и суходольных популяций хвойных; - дивергенция и обособление популяций хвойных на олиготрофных болотах, евтрофных болотах и суходолах обусловлены различным характером условий произрастания древостоев в экосистемах гидроморфного и автоморфного генезисов. Научная новизна. Впервые проведено масштабное многолетнее исследование генеративных структур и кариотипа основных лесообразующих видов семейства Pinaceae, произрастающих на болотах различных типов водно-минерального питания и суходолах Западно-Сибирской низменности. Всего изучено 35 болотных и суходольных популяций, представляющих 5 видов из родов Pinus, Picea, Larix и Abies. Получены материалы о характере и закономерностях межпопуляционной и индивидуальной изменчивости женской и мужской генеративной сферы (в том числе аномалий ее развития), а также о специфике структуры болотных и суходольных популяций видов Pinaceae по параметрам репродуктивных органов. Дано обоснование и выявлены факторы своеобразного развития генеративных структур особей болотных популяций представителей Pinaceae, обусловливающих их отличие от суходольных популяций хвойных. Расширены и конкретизированы существующие представления об адаптивной составляющей морфологических признаков генеративных органов и качества семян видов Pinaceae. Проведено сравнительное кариологическое исследование и выявлены особенности кариотипов видов Pinaceae, произрастающих на болотах и суходолах. Осуществлен подробный анализ локализации и встречаемости вторичных перетяжек в хромосомах, количества ядрышек в интерфазных ядрах; показана возможность использования данных признаков для оценки адаптации растений к условиям произрастания. Обнаружены изменения числа хромосом, структурные мутации и патологии митоза, включая редкие типы нарушений; отдельные повреждения описаны впервые для изученных видов. Рассмотрена возможная роль хромосомных мутаций и перестроек нуклеолярных районов хромосом в процессах дифференциации болотных и суходольных популяций хвойных. Впервые выполнено кариологическое изучение деревьев P. sylvestris с аномалиями развития типа «ведьмины метлы». Уточнено систематическое положение ряда внутривидовых форм и экотипов Pinaceae. С использованием признаков генеративной сферы и кариотипа выявлены предположительно гибридные формы деревьев в зоне контакта ареалов L. sibirica Ledeb. и L. sukachewii Dyl. на территории Западной Сибири. Практическое значение. Результаты проведенных исследований, позволяющие уточнить систематический статус ряда внутривидовых таксонов и выявить интрогрессивную гибридизацию, могут быть использованы для дальнейшей разработки систематики семейства Pinaceae. Полученные материалы могут примененяться при составлении программ экологического мониторинга природных популяций хвойных, а также в целях практической селекции видов Pinaceae, особенно в экстремальных условиях их произрастания на болотах. Результаты исследований рекомендуется использовать при проведении мероприятий по охране наиболее ценных популяций Pinaceae и выделении их в качестве генетических резерватов (включая мутантные и аномальные формы деревьев). Данные по качеству семян могут найти применение в разработке ОСТов по технологии выращивания сеянцев хвойных. Результаты исследований численных и структурных нарушениям хромосом, отражающие мутационный процесс в популяциях Pinaceae, должны учитываться при селекционной оценке материала, используемого при создании лесных культур. В диссертационной работе апробирован метод, позволяющий характеризовать качество семян с помощью учета встречаемости хромосомных мутаций в проростках, а также модифицированный метод ранней диагностики ростовых качеств семенного потомства деревьев, основанный на анализе распределения вторичных перетяжек в хромосомном наборе анализируемого кариотипа. Полученные оригинальные данные по кариологии видов Pinaceae используются при составлении определителей и сводок по хромосомным числам. Результаты работы включены в лекционные курсы «Лесная генетика и селекция», «Лесное болотоведение» и «Основы природопользования» на биологическом факультете Института естественных и гуманитарных наук Сибирского Федерального Университета. Результаты исследований представлялись на конкурс молодых ученых Сибирского отделения РАН на соискание премий имени выдающихся ученых, по итогам которого работе присуждена первая премия имени академика А.Б. Жукова в области лесоведения (1993 г.). Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и представлялись на конференциях молодых ученых (Улан-Удэ, 1987; Красноярск, 1989, 1993; Апатиты, 1993); на Всесоюзных конференциях и совещаниях (Сыктывкар, 1989; Уфа, 1989; Свердловск, 1989; Новосибирск, 1989, 1991); на Всероссийских конференциях и совещаниях (Красноярск, 1991, 1996, 2001, 2004; Санкт-Петербург, 1992, 1999; Саратов, 1994; Томск, 1995, 2002, 2007; Петрозаводск, 1996; Новосибирск, 2000; Воронеж, 2001; Москва, 2001; 2003; Улан-Удэ, 2004; Иркутск, 2005); на научных школах-семинарах (Томск, 2005, 2006); на Международных конференциях и совещаниях (Воронеж, 1996; Красноярск, 1998, 1999, 2005; Владивосток, 2001, 2004, 2006; Барнаул, 2003, 2005; Томск, 2003, 2005); на Международных симпозиумах и конгрессах (Брионский национальный парк, Хорватия, 1993; Красноярск, 1997, 2001; Грац, Австрия, 1998; Ноябрьск, 2001; Ялта, Украина, 2002; Патиала, Индия, 2003; Ханты-Мансийск, 2007). Публикации. По теме диссертации опубликовано 97 работ. Среди них 30 статей в рецензируемых журналах из списка, утвержденного ВАК, 10 статей в сборниках и периодических изданиях. Кроме того, 57 сообщений помещено в материалах конференций, совещаний и симпозиумов. Содержание, структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, главы, характеризующей объекты и методы исследований, пяти глав с изложением экспериментальных материалов и их анализом, заключения, выводов и списка литературы (866 наименований, в том числе 156 на иностранных языках). Основное содержание работы изложено в I томе на 323 страницах, включая 52 таблицы. Во II том входит иллюстративный материал в виде 6 приложений на 138 страницах. Приложения содержат 2 карты с обозначением пунктов сбора материала; схему нивелированного топо-экологического профиля; 61 цветную фотографию изученных древостоев, образцов семян и микростробилов; 133 микрофотографии и 12 смонтированных из микрофотографий иллюстраций; 35 графиков, диаграмм, поликариограмм и идиограмм. С О Д Е Р Ж А Н И Е Р А Б О Т Ы ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Краткий физико-географический очерк района исследований. Объектами исследований послужили хвойные и хвойно-лиственные леса, произрастающие на болотах олиготрофного и евтрофного типов, а также их монопородные и смешанные по составу аналоги суходольного ряда, расположенные в южно-таежной подзоне Западной Сибири на территории Бакчарского, Шегарского и Тимирязевского лесхозов Томской области. Изучаемая территория располагается в юго-восточной части Западносибирской низменности. В географическом отношении включает Томскую область (55.7-61.0о с.ш. и 75.0-89.4о в.д.), площадь которой составляет 314.4 тыс. км2. Большая часть данной территории относится к Евразиатской хвойно-лесной (таежной) области, Европейско-Сибирской подобласти темнохвойных лесов. Общая заболоченность приближается к 50%. В зависимости от геоморфологических и природно-климатических условий, специфики физико-химических процессов в почвах и сукцессий в растительном покрове выделяются различные типы заболачивания – олиготрофное, мезоолиготрофное, мезотрофное, евтрофное (Платонов, 1963; Пьявченко, 1965; Евсеева, 2001; Лапшина, 2004). Располагаясь в пределах обширной внутриконтинентальной низменности, поверхность Томской области слабо наклонена на северо-запад и имеет плоский равнинный рельеф. Объекты исследования находятся в междуречье Оби и Томи, а также на частных водоразделах р. Бакчара и Иксы – притоков р. Чаи, впадающей в р. Обь (Архипов, Волкова, 1994). Климат Томской области определяется как континентально-циклонический. Весна продолжается в среднем два месяца, лето – три месяца, осень – два месяца, зима – пять месяцев. В южных и центральных районах суммы температур выше +10ОС составляют 1600-1750ОС, в заболоченных понижениях суммы этих температур за теплый период на 50-100 ОС меньше. Среднее годовое количество осадков в области составляет 540-700 мм (Азьмука, 1991). На территории области выделяются восемь основных типов почв, наиболее распространены подзолистые, подзолисто-болотные и серые лесные. В условиях равнинного рельефа на плоских водоразделах или в депрессиях при избыточном увлажнении развиваются болотные (торфяно-болотные и перегнойно-болотные) почвы (Ефремова, 1992). 1.2. Лесотипологическая характеристика объектов исследований. В разделе приводятся лесотипологические и фитоценотические описания, а также таксационные показатели изученных древостоев (популяций) Pinus sylvestris, Pinus sibirica Du Tour, Larix sibirica, Picea obovata Ledeb., Abies sibirica Ledeb., представляющих характерные типы болотных и суходольных лесов. Приводятся морфологическая и таксационная характеристики модельных деревьев с аномалиями развития типа «ведьмины метлы». Изучение древостоев P. sylvestris, произрастающих на олиготрофных болотах, евтрофных болотах и суходолах, проводилось в естественной ненарушенной природной обстановке (около 30 тыс. га), а также на участках с восстановленными биоценозами послепожарного происхождения (370 га) и в условиях осушения (около 7.5 тыс. га). Кроме того, изучены искусственно созданные насаждения P. sylvestris (440 га). Популяция P. sibirica изучалась на участке евтрофного болота площадью 2.1 тыс. га. Древостои, произрастающие на евтрофных болотах, в болотных сограх и на суходолах с преобладающим участием L. sibirica исследовались на участках общей площадью 1.1 тыс. га, P. obovata – 1.9 тыс. га, A. sibirica – 800 га. Представлена краткая характеристика объектов изучения хромосомных и геномных мутаций у Pinus sylvestris и Larix sibirica из различных частей ареалов и за их пределами. Приводятся данные о сроках сбора образцов семенного материала и его объемах. 1.3. Методика исследований. Раздел состоит из 6 частей, в каждой из которых подробно изложена методика исследований. При изучении морфологии макростробилов использовались рекомендации Л.Ф. Правдина (1964, 1975), М.В. Круклис и Л.И. Милютина (1977), Т.П. Некрасовой и А.П. Рябинкова (1978). Определение массы семян и их посевных качеств производилось в соответствии с ГОСТом 13056.6-75. Идентификация семян и семенных крылаток по окраске производили согласно рекомендациям В.Л. Черепнина (1980), в соответствии со «Шкалой цветов» А.С. Бондарцева (1954). Кариологический анализ производился по общепринятой методике (Правдин и др., 1972) с собственными модификациями. Для каждой хромосомы определяли: абсолютную длину (La, мкм); суммарную длину диплоидного набора хромосом (∑La, мкм); относительную длину (Lr, %), как отношение длины хромосомы к суммарной длине диплоидного набора хромосом; центромерный индекс (Ic, %), как отношение короткого плеча к длине хромосомы; локализацию вторичной перетяжки (sc, %), как отношение расстояния от перетяжки до центромеры к длине плеча. Классификацию типов хромосом проводили в соответствии с рекомендациями В.Г. Грифа и Н.Д. Агаповой (1986). Кариотипы анализировались с применением метода поликариограммного анализа (Павулсоне, Иорданский, 1972). Выборка пластинок для статистического анализа хромосомных параметров и построения поликариограмм проводилась в соответствии со значениями общей длины хромосомных наборов (∑La, мкм). По результатам поликариограммного анализа строился систематизированный кариотип, где хромосомы расположены по идентифицируемым группам или индивидуально в порядке уменьшения их длины. Идиограмма строилась по средним значениям абсолютной длины и центромерного индекса с учетом распределения вторичных перетяжек. Окраска ядрышек в интерфазных ядрах и их подсчет производились согласно методике Е.Н. Муратовой (1995). Хромосомные мутации анализировали на стадиях метафазы и ана-телофазы митоза (Бочков и др., 1972). При оценке качества потомства Pinus sylvestris использовался метод оценки кариотипа по локализации вторичных перетяжек в хромосомах, разработанный для ранней диагностики качества семян материнских деревьев в селекционных целях (Буторина, 1989а). В работе применялся метод анализа качества семян отдельных деревьев Picea obovata, основанный на учете встречаемости хромосомных мутаций в семенном потомстве. Изучение параметров микростробилов и идентификация их по окраске производились согласно рекомендациям Т.П. Некрасовой (1983) в соответствии со «Шкалой цветов» А.С. Бондарцева (1954). Оценка биометрических параметров пыльцевых зерен проводилась по методике М.Х. Моносзон-Смолиной (1949). Исследование полиморфизма и структуры популяций хвойных выполнялось с использованием методических положений, разработанных Л.Ф. Правдиным (1964), С.А. Мамаевым (1972), В.Л. Черепниным (1980), М.А. Шембергом (1986), С.Н. Санниковым и И.В. Петровой (2003), П.П. Поповым (2005), В.П. Путенихиным с соавторами (2005), И.Ю. Коропачинским и Л.И. Милютиным (2006). ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕРАТИВНЫХ ОРГАНОВ И КАРИОТИП СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ 2.1. Морфологическая характеристика генеративных структур и кариологическое изучение сосны обыкновенной в связи с экологическими факторами произрастания. Приводятся данные об особенностях видового ареала и распространении сосны обыкновенной (Правдин, 1964; Бобров, 1978; Санников, 1992). Рассматриваются дискуссионные вопросы систематического положения сосны обыкновенной, произрастающей на болотах (Сукачев, 1905; Аболин, 1915; Ефремов, 1980). Приводятся данные о лесоводственных особенностях болотных популяций сосны (Ефремов, 1987; Ваганов, Качаев, 1992). Показано своеобразие болотных форм сосны по ряду биохимических, физиологических и генетических особенностей (Рождественский, 1974; Духарев, Правдин, 1983; Буторина и др., 1985; Петрова, Санников, 1989). Обсуждается гипотеза генетической дивергенции болотных и суходольных популяций сосны, произрастающих в резко различающихся условиях среды (Санников, Петрова, 2003). В перечисленных работах исследованиями охвачены только популяции сосны на олиготрофных болотах в экстремальных условиях существования древесных видов. На евтрофных болотах, являющихся относительно олиготрофных болот контрастными условиям произрастания, подобных исследований не выполнялось. Гидролесомелиоративные мероприятия, проводимые преимущественно на евтрофных болотах, приводят к изменению экологической обстановки и возможным неблагоприятным последствиям. Эти последствия могут особенно наглядно проявиться в семенном потомстве, поскольку адаптационные и микроэволюционные процессы в популяциях наиболее тонко отражают генеративные структуры, характеризующие репродуктивный потенциал организма. Для Pinus sylvestris установлена сопряженность параметров экотопов (температуры, влажности, освещенности, трофности почвы) с признаками генеративных структур. Выявлены следующие закономерности: связь посевных качеств семян с гидротермическим режимом местопроизрастания (Черепнин, 1980; Washitani, Saeki, 1986; Henttonen et al., 1986); зависимость массы семян от географического происхождения материнских насаждений (Prescher, 1986; Романовский, Морозов, 1991); приуроченность деревьев с микростробилами красной окраски к холодным местообитаниям (Некрасова, 1960; Козубов, 1962); зависимость окраски семян от условий увлажнения и трофности экотопа (Черепнин, 1980). Установлена связь сроков прохождения микроспорогенеза у сосны с экологическими факторами (Некрасова, 1983; Третьякова, 1990). Приводятся результаты кариологического изучения болотных и суходольных популяций сосны в европейской части России (Исаков и др., 1978; Шершукова, Абатурова, 1984; Буторина, 1989). Анализируются результаты кариологических исследований сосны обыкновенной в различных лесорастительных условиях. Показано увеличение числа нуклеолярных хромосом и встречаемости хромосомных мутаций в кариотипе деревьев в неблагоприятных условиях произрастания (Муратова, 1991; Кальченко, Федотов, 2001; Седельникова, 2003; Буторина и др., 2005). Приводятся результаты исследований аномальных и редких форм сосны обыкновенной, в том числе деревьев с «ведьмиными метлами», обсуждаются различные точки зрения на происхождение такого рода нарушений и характер их наследования (Шульга, 1979; Коровин, 1997; Исаков, 2003). Рассматривается возможность использования нарушений типа «ведьмина метла» в целях биоиндикации условий произрастания деревьев. 2.2. Особенности генеративных структур и кариотип сосны обыкновенной в болотных и суходольных условиях произрастания. Данный раздел состоит из 12 частей. Приводятся материалы многолетнего (1985-2000 гг.) исследования особенностей женской генеративной сферы. Изучение морфологических параметров макростробилов (женских шишек) показало, что на олиготрофных болотах сосна обыкновенная стабильно продуцирует шишки мелких размеров (средняя длина составляет 3.0 ± 0.12 см, ширина – 1.7 ± 0.07 см), достоверно отличающиеся от размеров шишек у деревьев на евтрофных болотах (средняя длина составляет 4.4 ± 0.16 см, ширина - 2.3 ± 0.06 см) и суходолах (средняя длина составляет 4.3 ± 0.17 см, ширина - 2.2 ± 0.03 см). Уменьшение размеров шишек у сосны на олиготрофных болотах может быть следствием дефицита трофических ресурсов в данных условиях произрастания. Популяционная изменчивость линейных размеров шишек сосны как на болотах, так и на суходолах характеризуется средним уровнем варьирования. Более высокими значениями вариабельности размеров отличаются шишки сосны с олиготрофных болот. Свидетельством единства происхождения болотных и суходольных популяций сосны является общая для изученных насаждений форма шишек, определяемая как коническая. Как в болотных, так и в суходольных популяциях сосны обыкновенной встречаются 3 формы строения поверхности семенной чешуи шишек (апофизов) - f. plana (плоская), f. gibba (выпуклая), f. reflexa (крючковатая). Популяции сосны, произрастающие на олиготрофных болотах, характеризуются преобладанием шишек с апофизами f. plana. Апофизы f. plana являются морфологическим признаком, присущим также шишкам северных популяций сосны (Правдин, 1964). Данная особенность предположительно рассматривается как адаптивная характеристика вида в условиях низких температур. В популяциях сосны на олиготрофных болотах в структуре урожая возрастает доля нераскрывшихся шишек, связанная с наличием пустых и недоразвитых семян. Болотные и суходольные популяции сосны обыкновенной различаются между собой по качественным признакам семян, определявшимся для урожаев 1985-2000 гг. Несмотря на годичные колебания показателей массы и посевных качеств семян, наблюдается их сопряженность с условиями произрастания. Семена сосны, собранные на олиготрофных болотах, характеризуются минимальной массой (для урожая 1986 г. – 5.8 ± 0.08 г), на евтрофных болотах в наиболее благоприятных эдафических условиях – максимальной (для урожая 1986 г. - 7.8 ± 0.25 г), на суходолах – промежуточной (для урожая 1986 г. - 7.1 ± 0.17 г). Наилучшими посевными качествами отличаются семена сосны с деревьев, произрастающих на суходолах (всхожесть для урожая 1986 г. - 94 ± 2.3%, C.V. = 5.8%). Семена, собранные в болотных древостоях, имеют достоверно более низкое качество (всхожесть семян на олиготрофных болотах для урожая 1986 г. составила 71 ± 4.9%, C.V. = 22.8%, на евтрофных болотах для урожая 1986 г. – 81 ± 2.9%, C.V. = 13.1%). По данным корреляционного анализа, всхожесть и энергия прорастания семян относительно независимы от их массы. Тесная положительная корреляционная связь выявлена между всхожестью семян и энергией их прорастания. Семена сосны с олиготрофных болот имеют высокую степень инфицированности проростков фитопатогенными грибами. Процентное распределение форм деревьев с различной окраской семян в болотных и суходольных популяциях сосны неодинаково. Наибольшее количество деревьев со светлоокрашенными семенами (в среднем 50%) наблюдается на олиготрофных болотах, соответствуя физиологически сухим олиготрофным почвам, и достоверно отличается от числа таких деревьев на евтрофных болотах и суходолах (в среднем 30%), диагностируя более благоприятные почвенные условия. Увеличение доли деревьев с темноокрашенными семенами на отдельных участках олиготрофных болот происходит после выгорания растительности в результате пожаров, в основном за счет заноса суходольных семян. Светлоокрашенные семена имеют наиболее высокую вариабельность качественных характеристик, в то время как семена с темной окраской кожуры выровнены по всхожести и энергии прорастания. Изучение размеров семенных крылаток сосны, проводившееся в 1985-2000 гг., также показало их связь с условиями произрастания. Крылатки с олиготрофных болот характеризуются минимальными размерами (длина – 13.7 ± 0.54 мм, ширина – 4.1 ± 0.17 мм), с евтрофных болот – максимальными (длина – 17.8 ± 0.81 мм, ширина – 5.1 ± 0.14 мм), с суходолов – промежуточными (длина – 17.3 ± 0.23 мм, ширина – 5.0 ± 0.09 мм). Форма крылаток, идентифицируемая как нормальная, одинакова для всех изученных популяций сосны. Основная аэродинамическая характеристика полета крылаток (aspect ratio) также имеет сходное значение в болотных и суходольных популяциях сосны. Близкие значения индексов формы крылаток и aspect ratio указывают на общность происхождения болотных и суходольных насаждений сосны. Окраска крылаток в болотных и суходольных популяциях сосны отличается разнообразием. Между окраской крылаток и цветом семян у сосны существует зависимость, выявленная с помощью непараметрических показателей связи. Особенности мужских генеративных структур сосны изучались в 1991-1998 гг. При учете встречаемости деревьев с различной окраской микростробилов выделение форм связывалось с присутствием антоциана в мужских генеративных структурах, имеющего адаптивное значение в условиях низких температур, характеризующих болотные почвы. В болотных популяциях сосны, особенно в более северном Бакчарском районе, доля краснопыльниковой формы сосны достоверно выше (29.4 ± 2.97% на олиготрофных болотах, 23.3 ± 3.73% - на евтрофных болотах), чем в суходольных насаждениях (7.1 ± 1.11%) данного вида. В болотных и суходольных популяциях сосны выявлены существенные различия по длине и диаметру микростробилов, а также по числу формирующихся в них микроспорофиллов. Минимальные значения этих параметров отмечены у деревьев на олиготрофных болотах (длина - 12.8 ± 0.28 мм, диаметр - 6.4 ± 0.11 мм, число микроспорофиллов - 22.8 ± 0.41 шт.), промежуточные – у деревьев, произрастающих на суходолах (длина - 16.0 ± 0.86 мм, диаметр – 7.9 ± 0.25 мм, число микроспорофиллов - 25.0 ± 1.31 шт.), максимальные - у деревьев на евтрофных болотах (длина - 18.1 ± 0.72 мм, диаметр – 8.6 ± 0.27 мм, число микроспорофиллов - 32.0 ± 1.05 шт.). Анализ морфометрических характеристик пыльцевых зерен, формирующихся в красно- и желтоокрашенных микростробилах сосны, не выявил между ними достоверных различий. Размеры тела пыльцевого зерна у сосны на евтрофных болотах достоверно выше, чем на олиготрофных, что может быть связано с благоприятным трофическим режимом первого типа местопроизрастания. В целом, выявлена тенденция к увеличению размеров пыльцы на болотах по сравнению с суходолами. В диплоидном наборе сосны с суходола, евтрофного болота и олиготрофного болота содержится 24 хромосомы (2n = 24). В болотных популяциях сосны отмечена миксоплоидия. На поликариограммах 9 пар длинных симметричных хромосом (I-IX) образуют единую группу со сходными параметрами, составляющими для сосны с суходола, евтрофного болота и олиготрофного болота, соответственно: La = 16.6 мкм, 16.6 мкм и 12.9 мкм; Lr = 4.4%, 4.5% и 4.5%; Ic = 48.5%, 47.8% 47.5%. Индивидуально идентифицируются 3 пары более коротких и асимметричных хромосом (X, XI и XII). X пара хромосом сосны с суходола, евтрофного и олиготрофного болот имеет соответственно следующие параметры: La = 13.9 мкм, 13.6 мкм и 10.5 мкм; Lr = 3.7%, 3.7% и 3.7%; Ic = 47.0%, 46.9% и 45.9%. Параметры XI пары хромосом сосны с суходола, олиготрофного и евтрофного болот составляют соответственно: La = 12.5 мкм, 12.6 мкм и 9.9 мкм; Lr = 3.4%, 3.4% и 3.5%; Ic = 43.9%, 43.2% и 43.2%. Параметры XII пары хромосом составляют для сосны с суходола, евтрофного и олиготрофного болот соответственно: La = 11.1 мкм, 10.9 мкм и 8.6 мкм; Lr = 3.0%, 2.9% и 3.0%; Ic = 42.5%, 41.7% и 41.4%. Все хромосомы метацентрические. Популяция сосны с олиготрофного болота достоверно отличается по абсолютной длине хромосом от двух других популяций. Различия между популяциями сосны проявляются по числу, встречаемости и особенностям локализации вторичных перетяжек в хромосомах. Хромосомные наборы болотных популяций сосны отличаются диффузным характером распределения вторичных перетяжек; встречаемость перетяжек высокая; имеются хромосомы с несколькими перетяжками на одном или на двух плечах (впервые для вида выявлены хромосомы с четырьмя вторичными перетяжками). Присутствие в кариотипе хромосом с несколькими перетяжками диагностирует структурные перестройки районов ядрышковых организаторов (Anastassova-Kristeva, Nikoloff, 1978). Наибольшим количеством вторичных перетяжек (34 на диплоидный набор), их встречаемостью (10-86%), а также самой обширной зоной локализации (35-64% расстояния от перетяжки до центромеры) характеризуется кариотип сосны с олиготрофного болота. У сосны с евтрофного болота вторичных перетяжек меньше (20 на диплоидный набор), встречаемость ниже (7-65%), а зона локализации уже (42-61% расстояния от перетяжки до центромеры). Самое низкое число вторичных перетяжек (8 на диплоидный набор), встречающихся с частотой 8-67% и локализующихся в зоне 42-58% расстояния от перетяжки до центромеры, отмечается у сосны с суходола. Интерфазные ядра сосны из популяций олиготрофного и евтрофного болот содержат от 2 до 12 ядрышек, суходола – от 2 до 10. Согласно результатам изучения распределения вторичных перетяжек на плечах обобщенной ядрышкообразующей хромосомы можно ожидать, что наилучшими ростовыми качествами будет характеризоваться семенное потомство суходольной популяции сосны, наихудшими – потомство популяции сосны олиготрофного болота. Промежуточными показателями роста будет отличаться потомство популяции сосны евтрофного болота. Структурные мутации в популяциях сосны представлены: кольцевыми хромосомами, ацентрическими кольцами, надетыми кольцевыми хромосомами, дицентриками (табл. 2.1, рис. 2.1). Встречаемость хромосомных мутаций в популяциях сосны с олиготрофного болота и суходола не превышает 1%. Несколько более высокий уровень перестроек отмечен в потомстве сосны с евтрофного болота, что, возможно, объясняется резким изменением экологической обстановки после проведения мелиоративных работ. Учитывая это, сбор семян для лесокультурных работ с таких деревьев нежелателен. Таблица 2.1. Хромосомные нарушения в болотной и суходольной популяциях сосны обыкновенной
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Экологическая оценка и биоресурсный потенциал растений семейства... |  | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ... |
| Экзаменационные вопросы по дендрологии фитоценоз, его характерные... Общая характеристика семейства Маслинные. Морфо-экологическая характеристика и хозяйственное значение важнейших родов и видов | | Задание для группы №1. Изучение растений и животных обитателей суходольных берегов Дайте оценку состояния деревьев, кустарников, трав суходольных берегов. Выясните сколько ярусов образуют растения, определите жизненные... |
| Тема: «Характеристика класса Однодольные. Изучение растений семейства... Повторить понятие о таксономических категориях; дать характеристику класса Однодольные; познакомить с основными признаками растений... | | Модульный урок №3 Научиться работать с раздаточным материалом, выполнять задания, приводить примеры популяций, моделировать схемы состава популяций,... |
| Характеристика аллелофонда и Дифференциация пород и популяций медоносной... Программа: Планета Знаний. Технология. О. В. Узорова; Е. А. Нефёдова. Традиционная система. Программы общеобразовательных учреждений.... | | Взаимодействие популяций разных видов Цель: сформировать у учащихся знания о многообразии и сложном характере взаимосвязей между живыми организмами в природе |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Динамика биологических популяций. Математическое моделирование. Биологические модели развития популяций». (11 класс). Учителя: Кузнецов... | | Программа по курсу: Практикум по программированию в ядре операционной системы История семейства Windows nt. Цели и принципы семейства Windows nt. Основные концепции: Native и Win32 api, режимы ядра и пользователя,... |
| Лабораторная работа №15 б «Выявление признаков семейства розоцветных... Цель: познакомиться с признаками семейства розоцветных по внешнему строению растений | | Темы вашего учебного проекта В данном проекте рассмотрены виды, технические особенности, эволюция видов принтеров. Рассмотрены плюсы и минусы различных видов... |
| Конспект урока по теме: Класс Однодольные. Семейство Лилейные Однодольные; признаки растений семейства Лилейные, роль растений данного семейства в природе и жизни человека; уметь определять по... | | Презентация преподавателя для выявления представлений и интересов... В данном проекте будет рассмотрено происхождение сканера (1), эволюция его видов, плюсы и минусы (2) различных видов сканеров, техническое... |
| Вопросы к экзамену кандидатского минимума по специальности 03. 02.... Ботаника – наука о строении и жизни растений и их сообществ (фитоценозов) как компонентов биогеоценозов. Многообразие форм растений.... | | Рабочая программа учебной дисциплины ботаника для специальности 060301 Фармация 2011 год Автор: преподаватель дисциплины «Ботаника» высшей квалификационной категории ооау спо «лмк» Помогалова Ю. А |
