Научное направление «Фитоценология и популяционная биология» в Костромском госуниверситете Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Фитоценология и популяционная биология

Научная школа доктора биологических наук, профессора Владимира Павловича Лебедева занимается фундаментальными исследованиями в области биосистем, в частности, изучением параметров растительности, почв и почвенной мезофауны.

Велик вклад научной школы в организацию экологических мероприятий, проводимых в области. Значимость и пользу проводимых исследований подчеркивают проекты, реализуемые коллективом ученых-биологов по заданию Министерства образования и науки РФ. К примеру, по итогам работы проекта «Биогеоценотический анализ коренных еловых лесов (на примере государственного биосферного заповедника “Кологривский лес ” им. М.Г. Синицына)», проходившего в 2010-2011 гг., был проведён эколого-ценоти-ческий анализ коренных еловых лесов с оценкой сукцессионного статуса сообществ.

А в созданной в КГУ им. Н.А. Некрасова лаборатории биотехнологии растений, которой руководит кандидат сельскохозяйственных наук Дмитрий Николаевич Зонтиков, исследуются и совершенствуются метолы клонального микроразмножения культур, ведутся работы по созданию банка генотипов редких растений. Дмитрий Николаевич и его помощники занимаются одним из продуктивных в наши дни направлений, активно внедряемым в производство - получением в условиях in vitro (в пробирке) растений, генетически идентичных исходному экземпляру. В основе метода лежит уникальная способность растительной клетки реализовывать присущую ей тотипотент-ность, под влиянием экзогенных воздействий давать начало целому растению. Этот метод имеет ряд преимуществ перед существующими традиционными способами размножения, ведь в результате можно в течение круглого года получать довольно большое количество генетически однородного растительного материала, освобожденного от вирусов, болезней и паразитических организмов.

УДК 58

Лебедев Владимир Павлович

доктор биологических наук, профессор Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова

НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ «ФИТОЦЕНОЛОГИЯ И ПОПУЛЯЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ» В КОСТРОМСКОМ ГОСУНИВЕРСИТЕТЕ

Статья содержит популяционно-онтогенетический анализ многих видов древесной и травяной синузии в лесах Костромской области. Современное состояние популяций и сообществ растений: историческое развитие, биоразнообразие, структура и динамика.

Ключевые слова: онтогенез, популяция, фитоценоз, биотехнология.

Фитоценология и популяционная биология - современные науки, составляющие основу науки о растительности (НОР) - междисциплинарного комплекса, объединяющего науки, изучающие отношения растений и условий среды (включая биотические факторы) на уровнях от организма до крупных фитохорий [10].

Фитоценология и популяционная биология -молодые науки. Если активный рост фитоценологии пришелся на первую половину XX в., то популяционной биологии - на последние десятилетия минувшего века и начало XXI столетия. В настоящее время разработаны методы комплексного междисциплинарного исследования изучаемых биосистем, в частности параметры растительности, почв и почвенной мезофауны, информативные для оцен-

ки состояния лесных экосистем [4]. Проводимые в данной области фундаментальные научные исследования необходимы для разработки экологически обоснованных мероприятий лесного природопользования.

Неоценимый вклад в начало широкомасштабных научных исследований в Костромском госуни-верситете в области фитоценологии и популяционной биологии сыграла научная конференция «Популяции и сообщества растений: экология, биоразнообразие, мониторинг», прошедшая на базе КГУ при поддержке Научного совета по ГНТП «Биологическое разнообразие» и Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН [3; 7]. Представленные на конференции результаты научных исследований, выполненные за предшествующие

© Лебедев В.П., 2013

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 5, 2013

31

годы в области фитоценологии и популяционной биологии растений, позволяют отметить формирование популяционного видения структуры и функционирования растительных сообществ. Диссертационные работы, выполненные и защищенные аспирантами кафедры ботаники КГУ, детализируют различные аспекты популяционной жизни растений разных жизненных форм и экологии [2; 11; 12]. Материал по теме диссертации А.В. Немчиновой собран в рамках международного проекта PIN/ MATRA «Проектирование государственного природного заповедника в Костромской области» при финансовой поддержке Института ALTERRA и Фламандского сообщества Бельгии. Значительное внимание в диссертационных исследованиях уделено редким видам растений, что создает основу для разработки мер по их охране [6]. В настоящее время диссертационными популяционно-онтогенетическими исследованиями охвачены многие виды древесной и травяной синузии, преимущественно лесных сообществ. В связи с историей природопользования исследованы фрагменты популяций широколиственных видов деревьев [8], изучаются морфогенез и особенности местообитаний ольхи серой (К.С. Ситников), популяции пихты сибирской (С.А. Грозовский), кустарниковой и древовидной форм можжевельника обыкновенного (Н.В. Василенко), еловые леса заповедника «Кологривский лес» в связи с проблемами экологического менеджмента (П.В. Чернявин). В диссертационной работе Я.В. Нечаева исследуются насаждения древесных видов г. Костромы. Результаты их изучения приведены в недавно вышедшей монографии [13]. Основные положения результатов исследований аспирантов доложены на научной конференции « Современные проблемы популяционной экологии, геоботаники, систематики и флористики», поддержанной грантом Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и проведенной на базе КГУ в 2011 году [1; 9].

В 2009 году при поддержке администрации Костромской области была завершена работа над трехлетним проектом по созданию и ведению Красной книги Костромской области [5]. Стало очевидно, каким видам растений угрожает опасность исчезновения и какие меры необходимо принять для их сохранения. В связи с этим обстоятельством очередным трехлетним проектом, который выполняется в настоящее время по заданию Минобрнауки РФ, явился проект «Природные механизмы поддержания биологического разнообразия, сохранение редких видов растений биотехнологическими методами» (2012-2014 г.). Отмечу, что предыдущим проектом, проведенным по темплану министерства, был «Биогеоценотический анализ коренных южнотаежных лесов (на примере государственного природного заповедника «Кологривский лес» им. М.Г. Синицына, Костромская область» (2010-

2011 г.), в котором выявлены и исследованы экоси-стемные единицы разного иерархического ранга. Именно в таких структурных единицах функционируют популяции растений (элементарная демографическая единица, минимальная жизнеспособная популяция).

В последнее время большое значение приобретает использование приемов и методов культуры тканей и клеток высших растений для решения трудных практических задач, возникающих в растениеводстве, сельскохозяйственной генетике и селекции. Один из таких весьма эффективных и экономически выгодных приемов - клональное микроразмножение растений в культуре in vitro (в пробирке). Клональное микроразмножение - это размножение растений в культуре тканей и клеток, при котором все потомки генетически идентичны исходному экземпляру. В основе микроразмножения лежит использование уникальной способности растительной клетки реализовать присущую ей тоти-потентность под влиянием экспериментальных воздействий и дать начало целому растительному организму. В КГУ создана специализированная лаборатория биотехнологии (заведующий лабораторией - кандидат сельскохозяйственных наук Д.Н. Зонтиков) со сложным оборудованием, обеспечивающим строгую стерильность всех работ, поддержание на определенных уровнях освещенности, температуры, влажности и фотопериода. В стадии сооружения также в КГУ находится особая теплица. Все это оправдывается не только фундаментальными научными исследованиями на стыке популяционной биологии и биотехнологии, но и экономически. Метод позволяет за короткий срок получать очень большое количество идеально однородного посадочного материала. Так, из одного растения розы, хризантемы, земляники можно получить в год свыше одного миллиона растений. При размножении растений в культуре тканей происходит их освобождение от патогенных микроорганизмов и во многих случаях от вирусов. Нет риска повторно заразить растения. Методом культуры тканей можно размножать такие растения, которые с трудом или совсем не размножаются вегетативно. Это относится ко многим лекарственным и декоративным растениям. Модельными объектами исследований, сочетающих популяционно-онтогенетический и биотехнологический подход, явились печеночница благородная, прострел раскрытый, трип-лоидная форма осины и др.

Библиографический список

1. ДороговаЮ.А., ЖуковаЛ.А., Криницын И.Г., Лебедев В.П. Современные проблемы популяционной экологии, геоботаники, систематики и флористики: материалы междунар. науч. конференции, посвященной 110-летию А.А. Уранова (Кострома, 31 октября - 3 ноября 2011 г.): в 2 т. - Кострома:

32

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 5, 2013

КГУ им. Н.А. Некрасова, 2011. - Т. 1. - 358 с.; Т. 2. - 220 с.

2. Дятлов В.В. Структура популяций дуба че-решчатого ^иегсш гоЬиг L.) в пойменных лесах подзон южной тайги и подтайги (на примере Костромской области): Автореф. дис. ... канд биол. наук (03.00.05 - ботаника). - М.: МПГУ, 2007. - 20 с.

3. ЗаугольноваЛ.Б., ШоринаН.И. (редакторы). Популяции и сообщества растений: экология, биоразнообразие, мониторинг. Тезисы докладов V науч. конференции памяти проф. А.А. Уранова (16-19 октября 1996 г.). - Ч. 1. - 180 с.; Ч. 2. - 188 с.

4. Заугольнова Л.Б., Браславская Т.Ю. (редакторы). Методические подходы к экологической оценке лесного покрова в бассейне малой реки. -М.: Т-во научных изданий КМК, 2010. - 383 с.

5. Красная книга Костромской области / под ред. А.Г. Еленевского и В.М. Константинова. - Кострома: ДПР, 2009. - 300 с.

6. Криницын И.Г. Онтогенез и структура популяций спорофитов некоторых видов рода Во^сЫит Sw. в подзонах южной тайги и подтай-ги Европейской России: Автореф. дис. ... канд биол. наук (03.00.05 - ботаника). - Барнаул: АлтГУ, 2004. - 19 с.

7. Лебедев В.П. V научная конференция памяти проф. А.А. Уранова «Популяции и сообщества растений: экология, биоразнообразие, мониторинг» //

Ботанический журнал РАН. - 1997. - Т. 82. -№ 11. - С. 116-118.

8. Лебедев В.П., Лебедев С.В. Особенности популяционной биологии вяза гладкого // Лесоведение. - М.: РАН, 2005. - № 5. - С. 68-71.

9. Лебедев В.П., Криницын И.Г., Лебедев С.В., Ситников К. С. Современные проблемы популяционной экологии, геоботаники, систематики и флористики. Материалы международной научной конференции, посвященной 110-летию А.А. Уранова // Ботанический журнал РАН. - 2012. - Т. 97.- № 7. -С. 975-978.

10. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Современное состояние основных концепций науки о растительности. - Уфа: АН РБ, Гилем, 2012. - 488 с.

11. Немчинова А.В. Дифференциация лесных фитохор бассейна р. Понга на примере ландшафтов «Кологривского леса»: Автореф. дис. . канд. биол. наук (03.00.05 - ботаника). - Сыктывкар: Институт биологии Коми НЦ Ур.о. РАН, 2005. - 23 с.

12. Рыжова Н.В. Состав, динамика и продуктивность еловых лесов Костромской области: Ав-тореф. дис. ... канд биол. наук (03.00.05 - ботаника). - СПб.: СПбГУ, 2003. - 16 с.

13. Рыжова Н.В., Макеева Г.Ю., Шутов В.В., Нечаев Я.В. Особенности состава и патологии зеленых насаждений города Костромы. - Кострома: КГТУ, 2012. - 119 с.

УДК 58

Ситников Константин Сергеевич

Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова

snipe301 @ramЫer. ш

МОРФОГЕНЕЗ ПОБЕГОВ И ПОБЕГОВЫХ СИСТЕМ ГЕНЕТ ОЛЬХИ СЕРОЙ

Комплексное представление о морфогенезе ольхи серой является одним из этапов работы, необходимой для составления долгосрочных прогнозов развития популяций вида. В статье освещаются вопросы типологии побегов, а так же морфогенеза побеговых систем деревьев ольхи серой (А1пш тсапа L.) семенного происхождения. Ключевые слова: ольха серая, генеты, морфогенез, побег, побеговая система.

Морфогенез, согласно сложившемуся определению, есть процесс формообразования у растений структур различного уровня: органов, тканей и клеток. В биоморфологии понятие морфогенеза используется для обозначения процесса развития побегов или их систем, реже - жизненной формы. В предыдущих публикациях [5; 6] рассматривался преимущественно второй аспект понятия: раскрывалась зависимость развития жизненной формы А1пш тсапа от условий произрастания, в то время как вопросы типологии побегов и особенностей периодизации морфогеза оставались незатронутыми.

С целью описания побеговых систем, в первую очередь, были установлены разновидности побегов ольхи серой. Всего было выделено 4 типа (рис. 1):

1. Удлиненные побеги, оканчивающиеся верхушечной почкой.

2. Удлиненные побеги, несущие мужское или женское терминальное соцветие.

3. Укороченные неветвящиеся побеги.

4. Генеративные побеги, несущие мужские или женские соцветия.

Удлинённый побег ольхи серой достигает в длину от 3-5 (на ранних этапах онтогенеза) до 70100 см. В его составе, как правило, наблюдается 7-16 (4-20) узлов. Междоузлия в основании побега значительно короче срединных и имеют длину 3-7 мм. В срединной части длина узла варьирует от 2 до 6 (7) см, ближе к вершине также наблюдается некоторое укорочение междоузлий, но не столь значительное, как в основании. Удлинённый побег может оканчиваться верхушечной вегетативной почкой или терминальным соцветием (как мужским, так и женским). В последнем случае удлинённый побег имеет в составе меньшее количество уз-

© Ситников К.С., 2013

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 5, 2013

33