CC BY
49
УДК 502.753
DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-5-993-997
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К СОХРАНЕНИЮ РЕДКИХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ
В ТАМБОВСКОЙ ОБЛАСТИ
© Е.В. Скрипникова1*, М.К. Скрипникова2)
1)1 Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина 392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, 33 E-mail: [email protected] 2) Мичуринский государственный аграрный университет 393760, Российская Федерация, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101
E-mail: [email protected]
Изучение флоры области, выявление редких и исчезающих видов, организация их охраны - одна из основных задач природоохранной деятельности. Оценка ценопопуляций редких видов дает возможность проследить тенденцию изменения объема. Исследованы динамика численности в зависимости от погодно-климатических и антропогенных факторов ценопопуляций Iris aphylla, Dactylorhiza fuchsii, Dactylorhiza incarnata, Оrchis militaris, а также изучены возможности повышения всхожести семян этих видов. Выявлены особенности размножения в условиях in vitro Hyacinthella leucophaea (K. Koch) Schur.
Ключевые слова: редкие и исчезающие виды; ценопопуляция; Dactylorhiza fuchsii; Dactylorhiza incarnata; Orchis militaris; Iris aphylla; Hyacinthella leucophaea; размножение in vitro
Разнообразие растительного мира Центрального Черноземья чрезвычайно велико.
Однако отдельные виды растений по разным причинам снижают свою численность и требуют особого внимания и специальных мер охраны. Сохранение видового разнообразия природной флоры, в том числе редких и исчезающих видов - важнейшая задача природопользования.
Начиная с 1972 г., когда по инициативе академиков Е.М. Лаврененко и А.Л. Тахтаджяна Всесоюзное ботаническое общество, Научный совет АН СССР по проблеме «Биологические основы рационального использования, преобразования и охраны растительного мира» и Секция охраны растительного мира Организационного комитета XII Международного ботанического конгресса приняли решение об учете видов растений флоры СССР, нуждающихся в государственной охране, практически в каждом регионе России стали вестись работы по выявлению редких видов растений и разработке мер по сохранению их численности [1]. Не стала исключением и Тамбовская область. В настоящее время под руководством начальника Управления по охране окружающей среды и природопользованию Н.П. Петровой в Тамбовской области ведется планомерная работа по охране и приумножению растительных богатств. Изучение флоры проводится силами научных коллективов области. Это позволило оценить видовое разнообразие растений во всех районах области, подробно описать флору ООПТ, которые в 1 полугодии 2017 г. занимают 201,7 тыс. га, то есть 5,81 % территории. Площадь ООПТ будет еще расширяться: предполагается, что к концу 2017 г. общая площадь ООПТ в Тамбовской области составит 7,5 % от всей площади региона. К концу 2017 г. предполагается за-
вершение работы над вторым изданием Красной книги растений и грибов Тамбовской области.
Изучение флоры области, выявление редких и исчезающих видов, организация их охраны - одна из основных задач природоохранной деятельности.
Более 40 лет назад, в самом начале работ по организации охраны редких и исчезающих видов флоры было ясно, что «в таких малоизученных объектах, как редкие и исчезающие виды, как в фокусе концентрируются многочисленные важнейшие проблемы теории ботанической науки - от проблем изменчивости и наследственности видов, длительности их существования во времени и способности осваивать пространство до проблем динамики взаимоотношений видов в фитоце-нозах, динамики фитоценозов, закономерностей распределения растений в естественных флорах и исторического развития естественных флор» [2].
Мониторинг редких и исчезающих видов осуществляется по общепринятой методике, в основе которой лежат методы российской школы популяционной биологии растений [3]. Изучение вида проводится комплексно, начиная с его биологических особенностей и реакции на лимитирующие факторы среды до разработки мер по его сохранению. Причем для каждого вида обязательно указывается счетная единица и ее объем. В качестве счетной единицы используются разные структурные образования: особь семенного происхождения, партикула (особь вегетативного происхождения), клон (совокупность особей вегетативного происхождения), часть особи (побег, парциальный куст).
Оценка ценопопуляций редких видов дает возможность проследить тенденцию изменения объема счетной единицы, прогнозировать дальнейшее состояние вида.
Однако для сохранения и увеличения численности популяций редких видов этого явно недостаточно. Особенно это касается декоративно или лекарственно ценных видов, которые, несмотря на запреты, активно собираются с целью хозяйственного использования. Поэтому наряду с контролем состояния популяций редких видов in situ приходится выращивать некоторые виды в искусственных насаждениях. Особенно это касается красивоцветущих или лекарственных видов, которые изымаются из природы в первую очередь. В большинстве ботанических садов, сохраняющих редкие виды, растения выращиваются в составе ценозов, в наибольшей степени напоминающих естественные. Многие ботанические сады страны выращивают растения редких видов не только для их сохранения, но и для более детального изучения биологических особенностей роста, развития, размножения, устойчивости к болезням и вредителям, аллелопатических взаимодействий с другими представителями фитоценоза. Обычно биологические объекты поступают для культивирования из естественных условий.
На агробиостанции Мичуринского ГАУ уже много лет ведутся подобные исследования. Так, более 10 лет тому назад вблизи с. Ярок была обнаружена популяция ириса безлистного (Iris aphylla).
Ирис безлистный - травянистый коротко-корневищный поликарпик. Высота - 30-50 см. Корневище ползучее. Цветки на концах стеблей, ярко-фиолетовые. Трубка околоцветника в 2 раза превышает завязь. Наружные доли околоцветника обратнояйцевидные, постепенно суженные в ноготок; внутренние - сразу суженные в ноготок. К зиме листья полностью исчезают, весной вырастают позже цветоносов. Отсюда и произошло название вида - безлистный. Ирис безлистный цветет в конце весны. Плод - продолговатая трехгранная коробочка. Растение зимостойкое и засухоустойчивое [4].
В естественных условиях произрастал на легкой супесчаной почве, на опушке и поляне. В культуре хорошо чувствует себя на суглинистой почве, на альпийской горке, на черноземе, что свидетельствует о широкой эдафической реакции. Отмечен в Европейской части России в Волжско-Донском районе, Заволжье. За пределами страны - в Восточной и Средней Европе.
Ирис безлистный занесен в Красную книгу страны как подверженный опасности, уязвимый вид. Охраняется в заказниках нескольких областей России. В границах ареала имеет большое количество разнообразных форм, которые отличаются размерами листьев, характером ветвления цветоносов, окраской и размером коробочек.
Популяция ириса безлистного сильно пострадала в результате лесозаготовительных работ. Три экземпляра растения мы перенесли на агробиостанцию и высадили по одному растению в разных микроэкологических условиях. Через 5 лет на агробиостанции было достигнуто пятикратное увеличение численности растений в результате вегетативного размножения и получено семенное потомство.
Вся «искусственная популяция» целиком была перенесена в первоначальное место произрастания, где уже 3 года успешно развивается.
Положительные результаты получены при семенном размножении и выращивании в культуре купальницы европейской (Trollius europaeus), адониса весеннего (Adоnis vernаlis), прострела раскрытого (Pulsatilla
patens), шпажника тонкого (Gladiolus tenuis). Шпажник тонкий в культуре размножается и вегетативно [5].
Интересные результаты нам удалось получить при изучении роста и развития некоторых видов семейства Орхидные (Orchidaceae) в природных условиях. Это касается следующих видов: пальчатокореник Фукса (Dactylorhiza fuchsii), пальчатокоренник мясо-красный (Dactylorhiza incarnata), ятрышник шлемовидный (Orchis militaris). В Мичуринском районе обнаружены два крупных местообитания O. militaris, D. fuchsii, D. incarnata. Почвы в местах произрастания - типичные черноземы, богатые азотом участки хорошо освещены. В более влажные годы вегетирующие члены популяции концентрируются на более высоких отметках микрорельефа, в сухие годы - на более низких.
Однако эти участки находятся вблизи населенных пунктов и подвергаются различным формам антропогенных воздействий: сенокошению, вытаптыванию, выжиганию, изъятию из естественного местообитания.
Изучаемые виды характеризуются длительным периодом онтогенеза и нерегулярным цветением. Например, продолжительность жизни одного растения паль-чатокоренника мясо-красного (D. incarnata) может достигать 25 лет.
Возрастной спектр популяций полночленный, с преобладанием виргинильных и генеративных особей.
Первый лист появляется на 2 год, первый клубень на 4 год после прорастания семян; ювенильный период наступает через 2-3 года после прорастания семян, длится 2-4 года; имматурное состояние продолжается 3-4 года; взрослое виргинильное - 2-3 года; генеративное - 8-14 лет (возможно, более) [5].
После первого цветения особи нередко на год переходят в состояние вторичного покоя. В генеративном состоянии у растений обычно наблюдаются перерывы в цветении от одного до нескольких лет.
Цветение и опыление цветков в соцветии происходит неравномерно. Сначала зацветают цветки в нижней части, затем - в середине и наконец - в верхушечной части соцветия. Однако созревание плодов проходит сравнительно одновременно.
Анализ динамики плотности особей в популяциях показал, что в период 2012-2013 гг. плотность особей увеличилась, в 2014-2015 гг. происходило ее постепенное уменьшение. Однако весьма резко увеличилась плотность особей в 2017 г.
В 2016 г. в возрастных спектрах во всех трех цено-популяциях абсолютные максимумы приходились на имматурные возрастные состояния, доля ювенильных особей снизилась до 19 %. Возможно, это связано с переходом ювенильных особей предыдущего года в имматурное состояние и малоэффективным плодоношением в 2015 г.
Доля генеративных особей во всех местообитаниях была минимальной в 2015 г. На развитие генеративных особей орхидных влияют погодно-климатические условия начала предыдущего лета. Именно в этот период закладываются генеративные почки.
Существует положительная зависимость между гидротермическими коэффициентами начала предыдущего лета и долей генеративных особей в ценопопу-ляции.
С увеличением количества влаги наблюдается увеличение доли генеративных особей в ценопопуляции. Такое явление мы наблюдали в 2017 г., когда май и июнь были весьма прохладными, а количество осадков
значительно превысило климатическую норму. Доля генеративных особен в этот год составила 28 % у О. militaris. 31 % у D. fuchsii и 34 % у D. incarnata. Для сравнения: в 2015 г., когда начало лета было засушливым. доля генеративных особен составила 7 % у О. militaris. 12 % у D. fuchsii и 11 % у В. incarnata.
Жизненная форма представителен родов Dactylorhiza и Orchis определяется по современной терминологии И.В. Татаренко [61 как вегетативный однолетник с стеблекорневыы тубероидом. Стеблекор-невой туберонд - специфический модифицированный побег возобновления. образованный побегово-корневым комплексом, предназначенный для переживания неблагоприятного периода. Для клубневых орхидей характерно преобладание семенного размножения. вегетативное отмечается крайне редко, поэтому в популяциях преимущественно встречаются особи семенного происхождения.
Многие исследователи указывают на то, что в большинстве семян орхидных отсутствует зародыш. Так. у D. incarnata доля семян без зародыша доходит до 60 %, у D. mandate - до 80 % [7].
В результате проведенных нами исследований установлено. что у популяции О. militaris доля семян в выборке, не содержащих зародыш, составила 12,6 %, у популяции D. incarnata - 21,8 %.
Мелкие семена прорастают медленно и не дружно, только в присутствии грибов-симбионтов. В качестве грнбов-ассоциантов доминировали виды рода Rhizoctonia. Также из всех почвенных образцов, взятых нз локального места произрастания ятрышников и пальчатокореннпков. выделялись представители родов Äzotobacter. Bacillus. Clostridium. Pseudomonas. Xanthomonas. Arthrobacter. Streptomyces. Erwinia, Agrobacterium.
Нами установлено, что при высеве семян, смешанных с почвой нз естественных мест произрастания растения. в подходящие экологические условия через несколько лет популяция D. incarnata имеет высокую численность растений, находящихся в генеративной фазе развития. Также нами заложен эксперимент по влиянию синтезированных микробных консорциумов на повьппенне всхожести семян D. incarnata. Микроб-
ный консорциум, имеющий состав, близкий к естественной микрофлоре почвы местообитания D. incarnata. значительно повьппал всхожесть семян (на 27 % выше по сравнению с контролем).
Орхидные могут размножаться в природе и вегетативно. но это также сопряжено с определенными трудностями.
Задачи охраны и восстановления численности орхидных флоры Центрального Черноземья должны решаться путем сохранения локальных популяций в природных местообитаниях, воссоздания естественных экосистем, культивирования и интродукции видов.
Учитывая, что красивоиветущне виды растений имеют повышенную вероятность быть изъятыми нз природы, их численность надо увеличивать. Одним нз самых эффективных способов увеличения численности вида является размножение методом культуры тканей.
Одним нз малочисленных видов растений в Тамбовской области является гнапннтнк беловатый (Hyacinthella leucophaea (К.. Koch) Schur.) - редкий вид (3 категория), имеющий в области низкую численность н распространенный на ограниченной территории Татарского вала. В настоящее время его численность резко уменьшается. В связи с этим встала необходимость размножения этого вида in vitro. Установлено, что данный вид в искусственных условиях размножается листовыми черенками и чепгуями. Результативность размножения и эффективность адаптации повышаются при увеличении рН среды до 7,5 н проведении размножения в ранневесенний период. Для этого исходное растение в осенне-зимний период необходимо хранить в холодильнике при температурах, близких к нулю, а перед размножением подращивать на полной питательной среде Кнопа (нтн Гельрнгеля).
Помимо этого, результативность размножения зависит от гормональных веществ, добавляемых в среду. Наилучшие результаты при размножении Н. leucophaea отмечаются при использовании на стадии регенерации БАЛ в сочетании с ИУК (рис. 1).
Использование метода размножения in vitro и подбор индивидуальной технологии размножения редких видов позволяет исключить риск исчезновения этих видов, дает возможность быстро повысить их чнслен-
60
«Г 50
а
я О.
<и
и
о. «
о -
и Я
т
40
30
20
10
БАП + ИМК
БАП + 2,4-Д БАП + HYK
Рис. 1. Влияние регуляторов роста на интенсивность процессов регенерации в культуре листовых эксплантов Н. leucophaea
ность. Имея большое количество экземпляров, легко создать искусственные мононасаждения редких видов, затем ex situ смоделировать фитоценоз, в котором наряду с редким видом будут присутствовать сопутствующие ему в естественных условиях виды, и перенести данный растительный мат в места распространения вида.
Наряду с научно-исследовательской деятельностью по сохранению и приумножению редких видов растений, очень важно информирование населения о недопустимости сбора редких растений, о возможности их приобретения на участках искусственного выращивания.
Опыт Тамбовской области показывает, что только комплексный подход к изучению редких видов растений позволяет не только охранять их, но и приумножать их численность как в искусственных фитоцено-зах, так и в естественных местах обитания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Скрипникова Е.В., Скрипникова М.К. Комплексный подход к сохранению редких видов растений в Тамбовской области // Биотехнология как инструмент сохранения биоразнообразия растительного мира (физиолого-биохимические, эмбриологические, генетические и правовые аспекты): материалы 7 Междунар. науч.-практ. конф. Ялта, 2016. С. 60-61.
Стратегия сохранения редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных, растений и грибов. Приложение к Приказу МПР России от 6.04.2004 г. № 323. URL: http://legalacts.ru/ doc/prikaz-mpr-rf-ot-06042004-n-323/ (дата обращения: 15.05.2017). Красная книга Тамбовской области. Растения, лишайники, грибы. Тамбов, 2002. 346 с.
Татаренко И.В. Орхидные России: жизненные формы, биология, вопросы охраны. М.: Аргус, 1996. 207 с.
Шамигулова А.С., Тулумгужина Ф.С., Нугаманова Л.Р. Направления и результаты исследования Orchis militaris L. (Orchidaceae) на Южном Урале // Биоразнообразие и рациональное использование природных ресурсов. Махачкала, 2016. С. 30-33. Виноградова Т.Н., Пегова А.Н., Осипьянц А.И., Пугачева П.В., Савченко А.С. Потенциальная всхожесть, индивидуальная и географическая изменчивость семян пальчатокоренника мясо-красного - Dactylorhiza incarnata (L.) // Биологический вестник Харьковского национального университета. 2003. Т. 7. № 12. С. 64-66.
Редкие и исчезающие виды флоры СССР, нуждающиеся в охране // под ред. А.Л. Тахтаджяна. Л.: Наука, 1981. 262 с.
Поступила в редакцию 12 июля 2017 г.
Скрипникова Елена Владимировна, Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Российская Федерация, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, зав. кафедрой природопользования и землеустройства, е-таД: [email protected]
Скрипникова Марина Константиновна, Мичуринский государственный аграрный университет, г. Мичуринск, Тамбовская область, Российская Федерация, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, зав. кафедрой биологии и методики ее преподавания, е-таД: [email protected]
UDC 502.753
DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-5-993-997
A COMPLEX APPROACH TO THE CONSERVATION OF RARE SPECIES OF PLANTS IN TAMBOV PROVINCE
© E.V. Skripnikova1*, M.K. Skripnikova2)
1)1 Tambov State University named after G.R. Derzhavin 33 Internatsionalnaya St., Tambov, Russian Federation, 392000 E-mail: [email protected] 2) Michurinsk State Agrarian University 101 Internatsionalnaya St., Michurinsk, Tambov province, Russian Federation, 393760
E-mail: [email protected]
Study of the flora of the region, identification of rare and endangered species, organization of their protection is one of the main tasks of nature protection activity. Estimation of cenopopulations of rare species makes it possible to trace the tendency of volume changes. The dynamics of abundance depending on climatic and anthropogenic factors of cenopopulations of Iris aphylla, Dactylorhiza fuchsii, Dactylorhiza incarnata, Оrchis militaris are investigated. Possibilities for increasing the germination of seeds of these species are also studied. Specific features of reproduction in vitro of Hyacinthella leucophaea (K.Koch) Schur. are detected. Keywords: rare and endangered species; cenopopulation; Dactylorhiza fuchsii; Dactylorhiza incarnata; Orchis militaris; Iris aphylla; Hyacinthella leucophaea; in vitro reproduction
REFERENCES
1. Takhtadzhyan A.L. (ed.). Redkie i ischezayushchie vidy flory SSSR, nuzhdayushchiesya v okhrane [Rare and Endangered Species of the Flora of the USSR, which are in Need of Protection]. Leningrad, Nauka Publ., 1981, 262 p. (In Russian).
2. Skripnikova E.V., Skripnikova M.K. Kompleksnyy podkhod k sokhraneniyu redkikh vidov rasteniy v Tambovskoy oblasti [A complex approach to preservation of rare species of plants in Tambov province]. Materialy 7 Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Biotekhnologiya kak instrument sokhraneniya bioraznoobraziya rastitel'nogo mira (fiziologo-biokhimicheskie, embriologicheskie, geneticheskie i pravovye aspekty)» [Materials of 7th International Scientific-Practical Conference "Biotechnology as an Instrument of Biodiversity of the Vegetable Kingdom Preservation (Physiological-Biochemical Embryological, Genetic and Legal Aspects)"]. Yalta, 2016, pp. 60-61. (In Russian).
3. Strategiya sokhraneniya redkikh i nakhodyashchikhsya pod ugrozoy ischeznoveniya vidov zhivotnykh, rasteniy i gribov. Prilozhenie k Prikazu Ministerstva prirodnykh resursov Rossii ot 6.04.2004 g. № 323 [Strategy of Rare and Endangered Species of Animals, Plants and Fungi Preservation. Application to the Order of the Ministry of Natural Resources of Russia from 6.04.2004 no. 323]. (In Russian). Available at: http://legalacts.ru/ doc/prikaz-mpr-rf-ot-06042004-n-323/ (accessed 15.05.2017).
4. Krasnaya kniga Tambovskoy oblasti. Rasteniya, lishayniki, griby [Red Data Book of Tambov Province. Plants, Lichens, Fungi]. Tambov, 2002, 346 p. (In Russian).
5. Tatarenko I.V. Orkhidnye Rossii: zhiznennye formy, biologiya, voprosy okhrany [Orchid Family of Russia: Life-Forms, Biology, Questions of Protection]. Moscow, Argus Publ., 1996, 207 p. (In Russian).
6. Shamigulova A.S., Tulumguzhina F.S., Nugamanova L.R. Napravleniya i rezul'taty issledovaniya Orchis militaris L. (Orchidaceae) na Yuzhnom Urale [Directions and results of study of Orchis militaris L. (Orchidaceae) at the South of Urals]. Bioraznoobrazie i ratsional'noe ispol'zovanie prirodnykh resursov [Biodiversity and Rational Use of Natural Resources]. Makhachkala, 2016, pp. 30-33. (In Russian).
7. Vinogradova T.N., Pegova A.N., Osipyants A.I., Pugacheva P.V., Savchenko A.S. Potentsial'naya vskhozhest', individual'naya i geograficheskaya izmenchivost' semyan pal'chatokorennika myaso-krasnogo - Dactylorhiza incarnata (L.) [Potential viability, individual and geographic changeability of seeds of early marsh orchid - Dactylorhiza incarnata (L.)]. Biologicheskiy vestnik Khar'kovskogo natsional'nogo universiteta — The Journal of V.N. Karazin Kharkiv National University. Series: Biology, 2003, vol. 7, no. 12, pp. 64-66. (In Russian).
Received 12 July 2017
Skripnikova Elena Vladimirovna, Tambov State University named after G.R. Derzhavin, Tambov, Russian Federation, Candidate of Agriculture, Associate Professor, Head of Wildlife Management and Land Management Department, e-mail: [email protected]
Skripnikova Marina Konstantinovna, Michurinsk State Agrarian University, Michurinsk, Tambov province, Russian Federation, Candidate of Agriculture, Associate Professor, Head of Biology and its Teaching Methods Department, e-mail: [email protected]
Для цитирования: Скрипникова Е.В., Скрипникова М.К. Комплексный подход к сохранению редких видов растений в Тамбовской области // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2017. Т. 22. Вып. 5. С. 993997. DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-5-993-997
For citation: Skripnikova E.V., Skripnikova M.K. Kompleksnyy podkhod k sokhraneniyu redkikh vidov rasteniy v Tambovskoy oblasti [A complex approach to the conservation of rare species of plants in Tambov province]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Reports. Series: Natural and Technical Sciences, 2017, vol. 22, no. 5, pp. 993-997. DOI: 10.20310/1810-0198-2017-22-5-993-997 (In Russian, Abstr. in Engl.).
