Внутрипопуляционная изменчивость и репродуктивная способность калины обыкновенной Брянского лесного массива

Актуальность проблемы. В связи с возрастающим потреблением биологических ресурсов происходит неуклонная деградация лесных экосистем. Это требует новых взаимоотношений человека с экосистемами и ведения хозяйства без ущерба биологическому разнообразию. Сохранению и воспроизводству биологических ресурсов посвящена Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992), где была принята «Конвенция о биологическом разнообразии». В материалах Конвенции отмечается, что «.разнообразие важно для эволюции и сохранения систем жизнеобеспечения биосферы. Страны, которые присоединяются к Конвенции, должны определить компоненты биологического разнообразия». В РФ основные положения Конвенции отражены в Программе «Биологическое разнообразие лесов России» (1995), а также в Федеральной целевой программе «Леса России» (1997).

Успешной реализации Программы будет способствовать изучение растительных объектов, которые распространены, имеют большое практическое значение, но мало изучены. К таким объектам относятся представители семейства Калиновые (Жимолостные), в частности калина обыкновенная. Плоды калины являются источником целого ряда биологически активных веществ и микроэлементов. Кроме того, калина обыкновенная является ценным лекарственным. растением, а также используется в озеленении.

Цель исследования — изучить внутрипопуляционное разнообразие по морфологии листьев, митотическую активность клеток в меристемах корней, особенности мейоза в пыльниках, вариабельность и жизнеспособность пыльцевых зерен, витаминность плодов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Установить закономерности индивидуальной изменчивости размеров листьев калины.

2. Проанализировать митотическую активность клеток в меристемах корней.

3. Выявить особенности мейоза у калины, описать нарушения в делении клеток.

4. Оценить уровень изменчивости пыльцевых зёрен, определить жизнеспособность пыльцы при различных условиях проращивания.

5. Проанализировать содержание аскорбиновой кислоты в плодах калины.

Объекты и объем исследования. Все научные результаты основаны на анализе экспериментального материала, полученного с 1996 по 2002 г. в природных популяциях калины и в лабораториях. Проведены морфометрические описания 4620 листьев с 54 особей, изготовлено и проанализировано около 500 цитологических препаратов меристемы корней и пыльников, определена аскорбиновая кислота на 360 образцах, определены размеры 750 пыльцевых зерен у 25 особей.

Научная новизна. Впервые в природных популяциях калины проведен анализ внутрипопуляционного разнообразия морфометрических признаков и митотической активности клеток в меристеме корнейвыделены морфологические формы, определена их практическая значимостьустановлены особенности и нарушения мейоза, вариабельность и жизнеспособность пыльцы, содержание аскорбиновой кислоты в плодах и его снижение при хранении.

Практическая ценность. Проведенные исследования показали широкую внутривидовую изменчивость калины. Ценные формы рекомендуется использовать в селекционной работе и в зеленом строительстве. Плоды калины могут быть существенным источником аскорбиновой кислоты.

Достоверность и обоснованность выводов и рекомендаций основывается на 7-летних исследованиях автора в природных популяциях калины Брянского лесного массива, а также применением разнообразныхсравнительно-морфологических и цитологических — методов исследования, а также использованием современных компьютерных технологий статистической обработки исходного материала.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Внутривидовое разнообразие калины определяется изменчивостью морфологии листьев, соцветий и плодов.

2. Ростовые процессы морфометрических признаков взаимосвязаны.

3. Митотическая активность зависит от времени суток, самая высокая активность наблюдается в первых двух декадах июля.

4. Мейоз у калины характеризуется рядом особенностей.

5. Калина — витаминный вид, плоды которого характеризуются высоким содержанием аскорбиновой кислоты.

Апробация работы. Публикации. Материалы исследований докладывались на научно-практических конференциях Брянской государственной инженерно-технологической академии (Брянск, 1997, 1999, 2000). Исследования выполнены при содействии сотрудников Брянской государственной инженерно-технологической академии, Брянского государственного университета, заповедника «Брянский лес». По материалам диссертации опубликовано 7 научных статей, в том числе 2 — в Лесном журнале (Изв. высш. учеб. заведений).

Личный вклад автора. Исследования выполнены при личном участии автора на всех этапах исследований: сборе и анализе материалов, обосновании выводов, подготовке текста диссертации, а также научных публикаций и докладов, в том числе и в соавторстве.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 129 страницах текста в компьютерном наборе, включает 6 глав, выводы, список литературы из 202 наименований, в т. ч. 8 иностранных авторов, 43 таблицы, 24 рисунка, 57 с. приложений.

Выводы и рекомендации.

1. Калина обыкновенная — широко распространенное растение Брянского лесного массива, имеющее большое хозяйственное значение. Она характеризуется значительной внутривидовой изменчивостью.

2. Длина черешка, длина осевой и радиальной жилок листа калины — это элементарные признаки с умеренной вариабельностью. Масса плодовсложный признак, с более высокой вариабельностью. Индивидуальные особенности растений оказывают достоверное влияние на длину черешка, длину осевой и радиальных жилок.

3. Между относительной и абсолютной длиной осевой жилки, длиной радиальной и осевой жилок, массой плодов и длиной осевой жилки существует положительная корреляция. Однако совместная изменчивость массы плодов и параметров листа носит неоднозначный характер, что необходимо учитывать при отборе по косвенным признакам.

4. Популяции (ценопопуляции) калины различаются по массе плодов и размерам листьев. Внутри популяций (ценопопуляций) существуют мелкоплодные и крупноплодные формы калины, а также внутрипопуляционные группировки, различающиеся по размерам листьев.

5. Митотическая активность корневых меристем зависит от времени суток, она повышена в 00.00 и 12.00 и снижена в остальное время. Самая высокая митотическая активность наблюдалась в течение первых двух декад июля, а самая низкая — с начала и до 20 июня, а также с середины августа. Химическое загрязнение среды оказывает негативное влияние на митотическую активность клеток, особенно в период наиболее активного роста корней.

6. Мейотическая активность микроспороцитов зависит от температурного режима в период деления. Отрицательные температуры смещают пик активности деления на несколько дней. При мейозе в пыльниках калины наблюдаются различные нарушения: отдельные неспаренные хромосомы в профазе I, забегание хромосом и отставание в метафазе I, мосты, фрагменты, выбросы за пределы ахроматинового веретена в анафазе I.

7. К особенностям микроспорогенеза у калины относятся: цитомиксис, асинхронность, симультанный тип образования тетрад и тетраэдрический тип их расположения. Жизнеспособность пыльцы калины зависит от температуры и концентрации раствора: наиболее оптимальные условия.

•создаются при температуре +26 °С и концентрации сахарозы 15.20%. Размеры пыльцевых зерен характеризуются низким уровнем вариабельности: общий коэффициент вариации составляет 6,7%.

8. Калина — это витаминный вид с содержанием аскорбиновой кислоты в плодах — до 30 мг% и более. Существует положительная корреляция между содержанием аскорбиновой кислоты, массой плодов и размерами листьев. Максимальное содержание аскорбиновой кислоты наблюдается в плодах с сентября до конца октября.