Редкие и исчезающие виды семейства Amaryllidaceae Jaume Saint-Hilaire на Черноморском побережье России и стратегия их сохранения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат биологических наук Слепченко, Наталья Александровна

• Слепченко, Наталья Александровна
• кандидат биологических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Слепченко, Наталья Александровна

Введение

Глава 1. Историко-систематический обзор представителей семейства 10 Amaryllidaceae в регионе

1.1. Систематическое положение и ареалы изучаемых видов

1.2. Морфологические и экологические особенности 16 изучаемых видов в природных популяциях

1.3. Использование изучаемых видов человеком

Глава 2. Природно-климатические условия района исследований

2.1. Географическое положение, климат, почвы

2.2. Положение региона в системе ботанико-географического рай- 33 онирования и особенности растительного покрова

Глава 3. Объекты, условия и методика исследований

Глава 4. Биоэкологические особенности изучаемых видов

4.1. Биоценотическая характеристика естественных мест произра- 44 стания (локалитетов) изучаемых видов

4.2. Сезонный цикл развития и органогенез изучаемых видов

4.3. Влияние абиотических факторов среды (температуры возду- 72 ха, осадков, освещенности местообитаний и влажности почвы) на физиологические характеристики и анатомическое строение растений

4.3.1. Использование эколого-физиологических методов для 71 диагностики состояния растений

4.3.2. Водный режим Leucojum aestivum, Galanthus woronowii и 76 Pancratium maritimum

4.3.3. Характеристика фотосинтетического аппарата Leucojum 82 aestivum, Galanthus woronowii и Pancratium maritimum

4.3.4. Влияние освещенности местообитаний и влажности 92 почвы на анатомическое строение листовых пластинок изучаемых видов

4.4. Репродуктивные особенности Leucojum aestivum, Galanthus 97 woronowii и Pancratium maritimum

4.4.1. Семенное размножение

4.4.2. Вегетативное размножение

Глава 5. Стратегия сохранения редких и исчезающих видов Amarylli- 103 daceae на Черноморском побережье России

5.1. Способы и рекомендуемые меры охраны in situ

5.2. Сохранение изучаемых видов ex situ 107 5.2.1. Ускоренный метод вегетативного размножения Leucojum 111 aestivum и Pancratium maritimum

5.3. Способ получения цветов редких и исчезающих видов семей- 117 ства Amaryllidaceae как способ сохранения их популяций in situ

5.3.1. Нормы технологических прёмов при выгонке

5.3.2. Технология выгонки 125 Рекомендации по культивированию изучаемых видов 128 Выводы 132 Список литературы 134 Приложение А 156 Приложение Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Редкие и исчезающие виды семейства Amaryllidaceae Jaume Saint-Hilaire на Черноморском побережье России и стратегия их сохранения»

Актуальность работы.

За последнее столетие, в основном благодаря возросшей хозяйственной деятельности человека, исчезли или находятся на грани исчезновения около 25 тыс. видов высших растений (Алтухов, 1996). Основными причинами исчезновения видов являются нарушение естественных мест обитания и их фрагментация, являющиеся следствием процесса урбанизации, расширения площадей под сельскохозяйственными культурами и внедрения инвазийных видов в естественные фитоценозы (Козменко, 2000).

Природная флора Черноморского побережья Кавказа уникальна и характеризуется значительным биоразнообразием - здесь произрастает более шести тысяч видов сосудистых растений, среди которых немало эндемиков, а также редких и исчезающих растений. Сохранение видов, находящихся под угрозой исчезновения, - одна из главных задач охраны окружающей среды.

В соответствии с «Концепцией об охране биологического разнообразия» (1992) и «Общеевропейской стратегией охраны биологического разнообразия» (1996) в России приняты и реализуются национальные программы и законы об охране биологического разнообразия. Так, разработана государственная научно-техническая программа России «Биологическое разнообразие» (октябрь 1993), в которой предусмотрена разработка нормативно-правовых основ сохранения, воспроизводства и использования компонентов биоразнообразия (Дьяконов, Захаров, 1996; Жаркова, 1998). Приняты «Стратегия сохранения редких видов России» (2000), федеральные законы Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» (№ 7-ФЗ от 10.01.2002), «Об особо охраняемых природных территориях» (№ ЗЗ-ФЗ от 14.03.1995); «Стратегия сохранения редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных, растений и грибов» (2004).

Разрешение проблемы сохранения биоразнообразия возможно на основе всестороннего изучения редких и исчезающих видов растений, их биологических и экологических особенностей, тактики и стратегии выживания. 4

Одной из составляющих стратегии сохранения редких видов, которая может ослабить или снять антропогенное давление, оказываемое на природные популяции таких видов, является введение их в культуру.

Важную роль при решении вопросов, связанных с возможностью введения редких видов в культуру, способов репатриации и сохранения генетического разнообразия играет освоение различных способов их массового размножения. Особое значение имеют методы, позволяющие получать большое количество посадочного материала за короткий период от ограниченного числа исходных маточных растений.

Объектами наших исследований являются редкие и исчезающие виды семейства Амариллисовые {Amaryllidaceae Jaume Saint-Hilaire), произрастающие на Черноморском побережье Кавказа: это Белоцветник летний {Leu-cojum aestivum L.), Подснежник Воронова (Galanthus woronowii Losinsk.) и Панкраций морской {Pancratium maritimum L.) (Красная книга Российской Федерации, 2008; Красная книга Краснодарского края, 2007; Красная книга Сочи, 2000, 2002). К тому же эти виды обладают высокими декоративными достоинствами и являются источником лекарственных веществ.

Биоэкологические особенности этих видов в условиях Черноморского побережья России мало изучены и сведения о них являются неполными. Разработанные основы их охраны содержат лишь перечень общих мероприятий рекомендательного характера (Сабадош, 1988; Литвинская, 2007; Тимухин, Туниев, 2007а, б).

Цели и задачи. Цель исследований - изучение биоэкологических особенностей Leucojum aestivum, Galanthus woronowii и Pancratium maritimum и разработка стратегии сохранения этих видов. Задачи исследований:

1. Уточнить эколого-биоценотическую характеристику мест произрастания (локалитетов) изучаемых видов.

2. Изучить сезонный цикл, онтогенез и особенности органогенеза исследуемых видов в условиях Черноморского побережья России. 5

3. Установить влияние абиотических факторов среды на анатомическое строение и физиолого-биохимические параметры растений.

4. Разработать стратегию сохранения Leucojum aestivum, Galanthus woro-nowii и Pancratium maritimum ex situ, включающую ускоренный метод вегетативного размножения, агротехнические приемы возделывания изучаемых видов и получение цветочной продукции изучаемых видов. Новизна. В результате проведенных исследований установлен сезонный цикл развития изучаемых видов. Выделены периоды и возрастные состояния в онтогенезе Leucojum aestivum, Galanthus woronowii и Pancratium maritimum. Изучены этапы органогенеза белоцветника летнего и подснежника Воронова, выявлено влияние абиотических факторов среды на анатомическое строение и физиологические характеристики изучаемых растений. Разработаны стратегия сохранения Leucojum aestivum, Galanthus woronowii и Pancratium maritimum, включающая ускоренный метод вегетативного размножения, агротехнические приемы возделывания видов в культуре, а также технология получения срезки цветов Leucojum aestivum, Galanthus woronowii.

Практическая значимость. Leucojum aestivum, Galanthus woronowii и Pancratium maritimum включены в коллекции растений парка «Дендрарий» Сочинского национального парка, Ботанического сада Южного федерального университета, Сада-музея «Дерево Дружбы» и Субтропического ботанического сада Кубани (г. Сочи).

На основе результатов исследований разработаны методы введения и поддержания изучаемых видов в культуре, что позволит сократить бесконтрольное уничтожение этих растений в природе, сохранить сложившиеся уникальные генотипы, а также репатриировать эти виды и обогатить ассортимент декоративных цветочных культур, применяемых в садово-парковых ландшафтах Черноморского побережья России. Получены соответствующие акты и справки о внедрении. Результаты исследований настоящей работы включены в лекционные курсы «Ландшафтоведение» и «Цветоводство» специальности «Садово-парковое и ландшафтное строительство» Сочинского государственного университета.

Опубликованы 4 методические рекомендации по выращиванию и размножению изучаемых культур.

Личный вклад автора. Автором обосновано направление научно-практических исследований и разработана программа их проведения, проведены полевые и лабораторные исследования по изучению морфологических, анатомических, фенологических и экологических особенностей изучаемых видов, осуществлен анализ полученных данных, обобщены и проанализированы результаты научно-практических исследований, разработана стратегия сохранения изучаемых видов в условиях Черноморского побережья России.

Достоверность результатов исследований подтверждается использованием общепринятых методик изучения фенологических, физиологических, геоботанических и др. особенностей растений, большим объемом материалов, полученных в результате полевых и лабораторных исследований. Данные обработаны на персональном компьютере в программе Statistica, Microsoft Excel.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Сезонные циклы развития Leucojum aestivum, Galanthus woronowii и Pancratium maritimum обусловлены спецификой условий Черноморского побережья России, а также влиянием освещенности конкретных местообитаний и влажности почвы.

2. Экологические условия местообитания (температура воздуха, количество осадков, освещенность, влажность почвы) оказывают существенное влияние на физиолого-биохимические характеристики (интенсивность фотосинтеза, оводненность, синтез хлорофилла) и анатомическое строение растений (размеры устьиц и их плотность).

3. Региональная стратегия сохранения редких и исчезающих видов семейства Amaryllidaceae на Черноморском побережье России включает в себя сохранение in situ и ex situ, основными элементами последнего являются ускоренный метод вегетативного размножения, технологии культивирования и получения цветов изучаемых видов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на ежегодных отчетных заседаниях Ученого совета ГНУ ВНИИ-ЦиСК Россельхозакадемии (2003-2011 гг.), на XXII научном совещании ботанических садов Северного Кавказа, посвященного 25-летию Субтропического ботанического сада Кубани (Сочи, 2003), на заседании Сочинского отделения Русского географического общества (2007); на международных, всероссийских, региональных научных и научно-практических конференциях: V и VI региональных научно-практических конференциях молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2003; 2004); «Инновационные подходы в селекции цветочно-декоративных, субтропических и плодовых культур» (Сочи, 2005); «Сохранение биоразнообразия растений в природе и при интродукции» (Сухум, 2006); «Биоресурсы, биотехнологии, экологически безопасное развитие агропромышленного комплекса» (Сочи, 2007); «Декоративное садоводство России: состояние, проблемы, перспективы» (Сочи, 2008); «Проблемы интродукции и рационального использования растительных ресурсов» (Ставрополь, 2009); «Субтропическое растениеводство и южное садоводство» (Сочи, 2009); на Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс» (Москва, 2010); «Найновите научни постижения» (София, 2012.); «Дендрология, цветоводство и садово-парковое строительство» (Ялта, 2012).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликованы 23 печатные работы, отражающие основные положения проведенных исследований (в том числе 5 в рецензируемых журналах, определенных ВАК РФ).

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем насчитывает 155 страниц, включая 33 таблицы и 45 рисунков. Список литературы включает 298 наименования, в том числе 61 на иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Экология (по отраслям)», Слепченко, Наталья Александровна

ВЫВОДЫ

1. Типичные местообитания Ь. авяНуит и (?. \voronowii в регионе приурочены к склонам речных долин, покрытых разреженным вторичным листопадным лесом из мелколиственных пород с невыраженным смешанным подлеском и развитым напочвенным покровом из вечнозеленых растений. Типичное местообитание Р. тагШтит - пологие песчано-галечные участки литоральной зоны с редкими заливаниями морской водой.

2. Сезонные циклы развития Ь. аезНуит, С. \voronowii и Р. тагШтит обусловлены спецификой условий Черноморского побережья России и влиянием абиотических факторов конкретных местообитаний. Так у Ь. аеяН-уит общая продолжительность вегетации популяций на открытых местообитаниях составляет 37 недель, на затененных - 40. У С мюг ополчи соответственно 19 недель и 21 неделя. У Р. тагШтит на открытых местообитаниях вегетация не прекращается, на затененных составляет 28 недель.

3. Анатомическое строение и физиологические параметры Ь. аеБй-уит, О. \voronowii и Р. тагШтит зависят от влажности почвы и степени освещенности мест произрастания. Так, количество устьиц у Ь. аеьйуит на абаксиальной стороне эпидермы выше у затененных растений (93,00±1,73) по сравнению с освещенными растениями (78,00±1,27); у & чиогопомги на освещенных растениях - 77,33±1,15 по сравнению с 68,00±1,00 на теневых растениях. У Ь. авБйуит наблюдается обратная зависимость фотосинтеза от температуры воздуха, а у б. лчогополчИ и Р. тагШтит прослеживается прямая зависимость между оводненностью и количеством осадков и обратная - между оводненностью и температурой воздуха. Корреляция между синтезом хлорофилла а и Ь и температурой воздуха отрицательная у Ь. аезНуит, сила связи с хлорофиллом а сильная (г = -0,98), хлорофиллом b - средняя (г = -0,59). Те же закономерности выявлены и для G. woronowii и P. maritimum.

4. Предложенная региональная стратегия сохранения L. aestivum, G. woronowii и P. maritimum включает в себя сохранение in situ и ex situ, основными элементами последнего являются ускоренный способ вегетативного размножения и культивирование с целью получения товарной цветочной срезки, что повысит сохраняемость этих редких растений.

5. Ускоренный способ вегетативного размножения L. aestivum и Р. maritimum, заключающийся в делении луковиц на сегменты и полусегменты в конце августа - начале сентября, позволяет увеличить коэффициент вегетативного размножения в 5-6 раз по сравнению с естественным.

6. Разработанная технология выгонки цветов L. aestivum и G. woronowii, позволяет получать цветочную срезку в период, когда она наиболее востребована. Обеспечивает варьирование сроков получения цветочной продукции L. aestivum и G. woronowii, начиная с 1-й декады января (G. woronowii) и 3-й декады февраля (L. aestivum) при различных сроках посадки и соблюдении режима охлаждения луковиц (t = +10 °С в течение 12 недель), что позволит насытить цветочный рынок и сократить сбор растений в естественных местообитаниях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Слепченко, Наталья Александровна, 2013 год

1. Абрамова, JIM. Охрана биоразнообразия ex situ в Башкортостане: состояние проблемы, стратегия и перспективы / J1.M. Абрамова, O.A. Каримова, З.Х. Шигапов // Вестн. АН Респ. Башкортостан. 2004а. - № 3. -Т. 9.-С. 60-68.

2. Абрамова, JIM. Интродукция редких видов как способ сохранения биоразнообразия (на примере Республики Башкортостан) / JI.M. Абрамова, Н.В. Маслова, O.A. Каримова // Бюл. Гл. ботан. сада РАН -20046.-№ 188.-С. 110-118.

3. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. - 565 с.

4. Акназаров, O.A. Действие ультрафиолетовой радиации на рост, морфогенез и уровень гормонов высокогорных растений: автореф. дис. . докт. биол. наук. / O.A. Акназаров. Душанбе, 1991. -47 с.

5. Акназаров, O.A. Регуляторная роль УФ-радиации в морфогенезе и метаболизме высокогорных растений / O.A. Акназаров // Тез. докл. IV съезда общества физиологов растений России. М., 1999. - Ч. И. - С. 108.

6. Аксенов, Е.С. Декоративные растения. (Травянистые растения) Энциклопедия природы России / Е.С. Аксенов, H.A. Аксенова. М.: 1997. -Т. II - 608 е., 48 с цв. илл.

7. Аксенова, JIM. Будова цибулин і морфогенез деяких представників родини Amaryllidaceae / JI.M. Аксенова, Е.О. Седова // Укр. ботан. журн. -1981. Т. 38. - № 4. - С. 41-45. - Укр.

8. Алексеев, Ю.Е. Лесные травянистые растения. Биология и охрана: Справочник / Ю.Е. Алексеев, М.Г. Вахромеева, Л.В. Денисова, С.В. Никитина. -М.: Агропромиздат, 1988. -223 с.

9. Алексеев, Ю.Е. Травянистые растения СССР. / Ю.Е. Алексеев, В.Н. Ве-хов, Г.П. Гапочка и др. / отв. ред. Т.А. Работнов. М.: «Мысль», 1971. -Т. 1.-487 с.

10. Алексеев, Л.Н. Влияние состава воды в растительных клетках на ход физиологических процессов / Л.Н. Алексеев, Г.И. Пахомова // Физиология и биохимия культурных растений. 1969. - № 1. - С. 16-20.

11. Алтухов, М.Д. Охрана растительного мира на Северо-Западном Кавказе / М.Д. Алтухов, С.А. Литвинская. Краснодар: Кн. изд-во, 1989. -189 с.

12. Алтухов, Ю.П. Генетика популяций и сохранение биоразнообразия / Ю.П. Алтухов // Природа. 1996. - № 1. - С. 74-91.

13. Амельченко, В.П. Стратегия и тактика сохранения редких видов in situ и ex situ в Томской области / В.П. Амельченко // Флора и растит, антропогенно наруш. территорий. 2010. - № 6. - С. 75-77.

14. Андреев, JI.H. Охрана редких и исчезающих видов растений приоритетная задача ботанических садов / JI.H. Андреев, Ю.Н. Горбунов // Сиб. экол. журн. - 1997. - № 1. - Т.4. - С. 3-6.

15. Анисимов, В.И. Ресурсы Краснодарского края / В.И. Анисимов, H.A. Битюков. Сочи, 2009. - 291 с.

16. Аринушкина, Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. - 485 с.

17. Артамонов, В.И. Растения и чистота природной среды / В.И. Артамонов. -М.: Наука, 1986. 172 с.

18. Артюшенко, З.Т. Амариллисовые (Amaryllidaceae Jaume St. Hilaire) СССР. Морфология, систематика и использование / З.Т. Артюшенко. -Л.: «Наука», 1970. - 180 с.

19. Артюшенко, З.Т. Морфолого-анатомические признаки в роде Crinum (.Amaryllidaceae) и их таксономическое значение / З.Т. Артюшенко // Ботанический журнал 1992. - Т. 77. - № 10. - С. 31-38.

20. Артюшенко, З.Т. Морфолого-анатомическое исследование представителей рода Hymenocallis {Amaryllidaceae) / З.Т. Артюшенко // Ботанический журнал 1996. - Т. 81.-№4. -С. 78-86.

21. Артюшенко, З.Т. Ветвление побега у представителей семейства Amaryllidaceae / З.Т. Артюшенко, A.B. Щепак // Ботанический журнал -1982. Т. 67. - № 8. - С. 1074-1062.

22. Артюшенко, З.Т. Ранневесенние декоративные растения флоры Кавказа / З.Т. Артюшенко, С.С. Харкевич // Декоративные и другие полезные27.