CC BY
51
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 58.006:502.75
С.Е. Агеева, О.И. Коротков, К.А. Гребенников, Л.Н. Круглова, Г.Н. Сафронова, О.О. Жолобова
ОПЫТ ИЗУЧЕНИЯ И СОХРАНЕНИЯ ВИДА ALLIUMREGELIANUM A.BECKER ВОЛГОГРАДСКИМ РЕГИОНАЛЬНЫМ БОТАНИЧЕСКИМ САДОМ НА ТЕРРИТОРИИ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
Приведены результаты работ по изучению и сохранению Allium regelianum A.Becker в условиях in situ и ex situ на территории Волгоградской области.
Ключевые слова: редкие виды растений, Allium regelianum, мониторинг, интродукция, Волгоградская область.
К моменту начала работ по изучению и сохранению Allium regelianum A.Becker на территории Волгоградской области, проводимых Волгоградским региональным ботаническим садом (ГБУ ВО «ВРБС»), был накоплен значительный объем сведений о распространении вида в пределах региона [1; 2]. Однако данные сведения носили разрозненный, несистематический характер, точные сведения о местонахождении и современном состоянии популяций отсутствовали либо не были опубликованы в научной литературе. Данное обстоятельство препятствовало организации комплексных работ по изучению биологических особенностей и сохранению генетического разнообразия вида в пределах Волгоградской области.
В связи с вышеизложенным ГБУ ВО «ВРБС» были разработаны и предложены на рассмотрение Комиссии по редким и находящимся под угрозой исчезновения видам животных, растений и грибов Волгоградской области комплексная программа и план мероприятий по изучению и сохранению вида Allium regelianum на территории Волгоградской области, основывающиеся на уже имеющихся сведениях о состоянии вида в пределах региона. По результатам общественного обсуждения в 2010 г. данная программа была одобрена и поддержана Комитетом охраны окружающей среды и природопользования Волгоградской области. Изложенные в данной статье материалы являются результатом начального этапа реализации указанной программы.
Основной целью работ, проводимых ГБУ ВО «ВРБС» в данном направлении, является обеспечение сохранения вида Allium regelianum на территории региона с учетом межпопуляционного и внутрипопуляционного генетического разнообразия данного таксона. Для реализации поставленной цели необходимо решение ряда задач, основными из которых являются:
1) оценка современного состояния популяций вида на территории Волгоградской области, включая установление их точного географического местонахождения, условий обитания каждой из популяций, ее площади и численности, состояния (общей жизненности популяции, ее возрастной структуры, способности популяции к самовоспроизводству, характера и степени воздействия антропогенных и естественных факторов окружающей среды и так далее);
2) выявление генетической структуры вида в пределах региона, включая межпопуляционные и внутрипопуляционные генетические различия, их объем, характер и закономерности;
3) детальное изучение биологических и экологических особенностей вида в условиях ex situ, включая особенности развития на разных стадиях, семенного и вегетативного размножения, требования вида к почвенным и иным условиям окружающей среды;
4) создание и поддержание генетического резерва вида вне природной среды, отражающего его генетическое разнообразие - в виде генетического банка семян, полевых культур, культур тканей, образцов ДНК, и обеспечение генетического контроля сохраняемых образцов.
В соответствии с поставленными задачами были выбраны методы работ, обеспечивающие их эффективную реализацию на современной научной основе.
Материалы и методика исследований
Для описания и оценки состояния природных популяций Allium regelianum использовались методические указания, утвержденные для организаций, подведомственных Комитету по охране окружающей среды и природопользованию Волгоградской области [3]. В соответствии с данными указа-
ниями определялось местоположение популяции, ее численность и площадь, жизненность популяции и степень воздействия на нее антропогенных факторов.
Интродукционное изучение Allium regelianum проводилось в коллекционном фонде ГБУ ВО «ВРБС». Материалом для исследования послужили растения, полученные из луковичек и семян, собранных в ходе экспедиционных поездок по районам Волгоградской области. Фенологические наблюдения за Allium regelianum проводились по методике фенологических наблюдений в Ботанических садах СССР [4].Основная цель интродукционного изучения Allium regelianum заключается в выявлении признаков устойчивости в новых условиях выращивания [5].
Для исследования особенностей прорастания семян Allium regelianum семенной материал был собран в природных популяциях. Проращивание семян в лабораторных условиях проводилось в чашках Петри на фильтровальной бумаге по 30 штук в трех повторностях при температуре +22-25°С. Подсчет проросших семян вели ежедневно. К числу проросших семян относили только семена, имеющие проростки с корешком, длиной 2,5-3 мм. В Справочнике по проращиванию покоящихся семян [6] приведены данные для некоторых видов рода Allium L., семена которых нуждаются в холодной стратификации. Для оптимизации методов семенного размножения Allium regelianum проводились эксперименты по предпосевной подготовке семян с различными сроками посева (весной и осенью в открытый грунт и рассадные ящики). Процент всхожести устанавливали отношением числа проросших семян к общему количеству всех проращиваемых семян. Использовали также параметр энергии прорастания, то есть дружность прорастания семян за определенный срок. Все полученные цифровые данные обработаны статистически.
Перед постановкой опытов по проращиванию семян исследовали их физические константы. Размеры семян определяли под микроскопом МБС-10 с помощью окуляра с измерительной сеткой. Массу 1000 семян определяли из 3 навесок по 50-100 семян в каждой (в зависимости от наличия семян).
Для изучения Allium regelianum в культуре in vitro использованы методики, основанные на классических приемах работы с культурами изолированных тканей и органов растений [7].
Результаты и их обсуждение
На основе уже имеющихся сведений о состоянии вида в пределах региона (литературных сведений о флористических находках, особенностях экологии и биологии вида) ГБУ ВО «ВРБС» был предпринят ряд экспедиционных обследований территории региона с целью поиска новых популяций Allium regelianum и оценки их современного состояния. Экспедиционные обследования охватывали Заволжье (Быковский, Николаевский, Палласовский районы Волгоградской области), бассейн Дона (Иловлинский, Фроловский, Серафимовичский, Кумылженский районы) и бассейн Хопра (Алексеев-ский район). Всего в ходе обследований удалось выявить и обследовать 23 локальные популяции Allium regelianum. Ниже приведена краткая характеристика каждой из них (табл. 1). Сведения о географическом расположении популяций (географические координаты) не приведены в тексте. Однако они включены в электронную базу данных, ведущуюся в рамках государственного учета редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных, растений и других организмов, занесенных в Красную книгу Волгоградской области, и могут быть предоставлены по запросу в уполномоченный орган исполнительной власти Волгоградской области - Комитет по охране окружающей среды и природопользованию Волгоградской области.
Сравнение результатов, полученных в ходе экспедиционных обследований, с данными, приведенными в Красной книге Волгоградской области, наглядно представлено на рис.
Примечательно, с одной стороны, наличие значительного числа популяций (прежде всего - в Заволжье), которые ранее не были достоверно известны по опубликованным в научной литературе флористическим находкам. Данный факт подтверждает недостаточную изученность состояния Allium regelianum в пределах Волгоградской области и необходимость более тщательного обследования отдельных местностей с целью поиска локальных популяций вида. С другой стороны, некоторые популяции, указанные в Красной книге Волгоградской области и другой научной литературе, не были нами выявлены (популяции у лимана Пришиб в Быковском районе, близ станиц Букановской Кумылженского района, Алексеевской Алексеевского района и некоторых других).
Представляется целесообразным проведение специального поиска подобных популяций с целью подтверждения факта их существования в настоящее время и оценки их состояния либо признания их утраченными. Помимо изложенного, следует отметить, что территория, охваченная экспеди-
ционными обследованиями, очевидно, была изучена лишь фрагментарно, что неизбежно при столь коротких сроках проведения работ. Кроме того, ряд районов Волгоградской области, в которых известны или предполагаются находки Allium regelianum (прежде всего, юг Волго-Донского междуречья от Сарпинских озер до Котельниковского района, включая locus classicus вида и бассейны рек Медведица и Иловля), не были охвачены обследованиями вовсе. Кроме того, отсутствуют данные о многих важных характеристиках популяций: тенденциях изменения численности, способности популяций к самовоспроизведению и увеличению численности, возрастной структуре популяций.
Таким образом, имеющиеся сведения о природных популяциях Allium regelianum не могут считаться исчерпывающими и достаточными для разработки и реализации мер по сохранению вида в пределах региона в полном его объеме. Несмотря на значительный объем и важность полученных сведений, их можно считать лишь промежуточным итогом изучения Allium regelianum в природных условиях Волгоградской области.
Таблица 1
Местонахождение, площадь, численность и состояние популяций Allium regelianum на территории Волгоградской области (данные ГБУ ВО «ВРБС»)
№ п/п Муниципальный район Местонахождение Площадь, 2 м Числен- ность Общая жизнен- ность Угрозы
1 Алексеевский 2 км СЗ станицы Усть-Бузулукская 1000 1000 5 Нет
2 Алексеевский 3 км СЗ станицы Усть-Бузулукская 1000 1000 5 Нет
3 Быковский Лиман Ближний С с. Новоникольское 500 50 Сенокошение - 2 балла
4 Быковский 4,5 км В пос. Демидов 20000 500 5 Нет
5 Быковский 2,5 км СВ пос. Красноселец 10000 100 5 Нет
6 Иловлинский 8,5 С хут. Вилтов 500 20 5 Нет
7 Иловлинский 2 км З хут. Вилтов 100 10 5 Нет
8 Иловлинский 4,5 км В хут. Ерецкий 500 10 5 Нет
9 Николаевский 9 км С пос. Красный Мелиоратор 1000 10 5 Нет
10 Николаевский 8 км С пос. Красный Мелиоратор 4000 1000 5 Нет
11 Николаевский 10 км С пос. Красный Мелиоратор 10000 10 5 Нет
12 Николаевский 3,5 км ЮЗ пос. Красный Мелиоратор 1000 100 5 Нет
13 Николаевский 2,5 км З пос. Торгунский 1 1 5 Нет
14 Николаевский 6 км ЮВ пос. Красный Мелиоратор 1000 20 5 Нет
15 Серафимовичский окр. хут. Новоалександровский 20000 10000 5 Рекреация
16 Серафимовичский С хут. Чернополянский 20000 10000 5 Рекреация, выпас скота
17 Серафимовичский 1,5 км З хут. Красноярский 10000 10000 5 Нет
18 Серафимовичский 4,5 км Ю хут Чернополянский 200 10 5 Нет
19 Серафимовичский 7,5 км З хут. Дружилинский 1000 50 5 Нет
20 Серафимовичский 1 км З хут. Красноярский 500 50 5 Нет
21 Серафимовичский 0,5 км З хут. Красноярский 1000 20 5 Нет
22 Фроловский окр. пос. Выездинский 1000 100 5 Рекреация, выпас скота
23 Фроловский 2 км Ю хут. Выездинский 500 10 5 Нет
\ jC? Y<.„. ff}
N у / IS* ч 5 /*
Карта-схема распространения Карта-схема распространения
лука регелсвскго лука регелевскго
по данным Красной книги по данным полевых исследований
Волгоградской облаем и ГБУ ВО “ВРБС”
Рис. Сравнение распространения Allium regelianum на территории Волгоградской области по данным
Красной книги Волгоградской области и данным полевых исследований ГБУ ВО «ВРБС»
Помимо работы, заключающейся в оценке современного состояния популяций Allium regelianum в регионе, ведется комплексное изучение вида на территории ГБУ ВО «ВРБС». В рамках этой работы проводится изучение биологических особенностей развития и размножения Allium regelianum в условиях ex situ и оценка перспективности вида в культуре.
Интродукция Allium regelianum в ГБУ ВО «ВРБС» начата в 2007 г. Растения высажены в открытый грунт (смесь из глины, огородной земли и песка в пропорции 1:1:1). Фенологические наблюдения позволили установить, что начало отрастания наземной части приходится на первую декаду апреля. Генеративные побеги появляются в конце мая - начале июня, а цветение начинается во второй декаде июня - первой декаде июля. Соцветие - пучковато-продолговатый зонтик, выносится на поверхность земли цветочной стрелкой и до цветения окутан покрывалом. Цветки в соцветии раскрываются с небольшим интервалом, поэтому фаза цветения длится 10-13 дней. Цветение одного цветка длится 4-7 дней, в период массового цветения листья начинают желтеть, а в фазе созревания семян почти полностью засыхают. Цветение в условиях ГБУ ВО «ВРБС» ежегодное и обильное (в течение 5 лет). Период от начала отрастания до созревания семян составляет 87-105 дней. Наблюдается ежегодный самосев. По сезонному развитию Allium regelianum длительновегетирующий летнецветочный вид.
Одним из важнейших показателей успешности акклиматизации интродуцентов является сохранение способности к размножению в новых условиях существования. Преимущества семенного размножения общеизвестны: с одного растения можно собрать большое количество семян; растения, полученные из семян, обычно имеют высокую пластичность и хорошо цветут даже в условиях весьма далеких от мест производства семян. Количество семян зависит от урожайности, которая в свою очередь является одной из биологических особенностей вида. В ходе исследования было выявлено, что количество семян в образцах из разных популяций Allium regelianum варьируется от 18 до 258 семянок. Зависимость количества семян от их величины в ходе исследования не отмечена.
Известно, что дружность прорастания может зависеть от размеров и массы семян, от онтогенетического состояния материнского растения [8]. В ходе исследования выявлена зависимость всхожести семян от их массы. Так, выполненные семена (масса 1000 шт. семян от 0,47 г до 0,55 г) обладают высокой всхожестью - от 50 до 75% (табл. 2), в то время как щуплые семена (масса 1000 шт. семян от
0,28 г до 0,37 г) обладают невысокой всхожестью (10%). Семена 60% образцов из разных популяций Allium regelianum имеют выполненные семена.
Семена Allium regelianum хорошо набухают. Процесс набухания практически не зависит от температуры среды проращивания семян и полностью заканчивается за 1,5-2 суток с момента увлажнения. Хорошая водопроницаемость покровов семени Allium regelianum указывает на отсутствие у них физического покоя и исключает необходимость скарификации.
Прорастание семян Allium regelianum надземное. Наиболее дружные всходы Allium regelianum отмечены через 5 дней после посева. Проросток имеет один семядольный лист округлой формы и главный корень, втягивающий почечку в почву. К осени формируется луковичка, покрытая влагалищем семядоли и состоящая из одного чешуевидного листа и зачатка зеленого листа. Главный корень отмирает.
Таблица 2
Физические константы (размеры и масса 1000 шт. семянок) и показатели лабораторной
всхожести семян Allium regelianum
№ п/п Муниципальный район Местонахождение Длина семени, мм Ширина семени, мм Масса 1000 шт. семян, г Всхожесть семян, %
1 Алексеевский 3 км СЗ станицы Усть-Бузулукская 2,56±0,09 (2,25-3,25) 1,07±0,04 (0,88-1,35) 0,54±0,02 (0,48-0,68) 0
2 Быковский 4,5 км В пос. Демидов 2,63±0,04 (2,23-3,05) 1,06±0,02 (0,88-1,25) 0,45±0,02 (0,32-0,53) 33
3 Быковский 2,5 км СВ пос. Красноселец 2,42±0,05 (2,1-2,78) 0,98±0,04 (0,75-1,18) 0,38±0,033 (0,23-0,5) 45
4 Иловлинский 8,5 С хут. Вилтов 2,81±0,02 (2,75-2,98) 1,02±0,021 (0,9-1,13) 0,44±0,0 0
5 Иловлинский 2 км З хут. Вилтов 2,79±0,06 (2,5-3,13) 1,01±0,03 (0,88-1,15) 0,34±0,02 (0,32-0,36) 10
6 Николаевский 9 км С пос. Красный Мелиоратор 2,56±0,05 (2,28-2,75) 1,09±0,04 (0,88-1,28) 0,41±0,03 (0,33-0,48) 40
7 Николаевский 8 км С пос. Красный Мелиоратор 2,48±0,06 (1,93-2,98) 1,12±0,03 (0,88-1,38) 0,47±0,03 (0,25-0,73) 37
8 Николаевский 10 км С пос. Красный Мелиоратор 2,43±0,07 (2,03-2,9) 0,99±0,03 (0,75-1,08) 0,42±0,06 (0,29-0,54) 30
9 Николаевский 3,5 км ЮЗ пос. Красный Мелиоратор 2,58±0,05 (2,25-2,75) 1,03±0,05 (0,75-1,25) 0,28±0,03 (0,19-0,44) 10
10 Николаевский 2,5 км З пос. Торгунский 2,62±0,05 (2,4-2,88) 1,02±0,05 (0,75-1,25) 0,28±0,0 0
11 Серафимовичский окр. хут Новоалександровский 2,68±0,05 (2,5-3) 1,01±0,05 (0,63-1,25) 0,33±0,02 (0,22-0,44) 0
12 Серафимовичский 1,5 км З хут. Красноярский 2,54±0,04 (2,13-3) 1,09±0,03 (0,75-1,63) 0,52±0,02 (0,31-0,65) 10
13 Серафимовичский 1 км З хут. Красноярский 2,56±0,1 (2,25-3,13) 1,08±0,06 (0,8-1,38) 0,50±0,03 (0,24-0,63) 70
14 Серафимовичский 0,5 км З хут. Красноярский 2,44±0,05 (2,2-2,7) 1,08±0,05 (0,8-1,4) 0,55±0,06 (0,49-0,61) 75
15 Фроловский 2 км Ю хут. Выездинский 2,53±0,11 (1,75-2,9) 1,15±0,04 (1-1,38) 0,50±0,01 (0,49-0,51) 50
В ходе исследования установлено, что метод подзимнего посева семян Allium regelianum в открытый грунт не дает положительных результатов, всхожесть семян низкая (38%). В то же время у большинства образцов из разных популяций Allium regelianum всхожесть при подзимнем посеве семян в рассадные ящики с почвой оказалась выше лабораторной (80%).
Таким образом, исследования выявили, что Allium regelianum отличается высокой приживаемостью растений в новых условиях, расширением занимаемой площади, положительной динамикой плотности и численности, стабильно проходит все стадии сезонного развития, отличается полноценным цветением и плодоношением. Установлен оптимальный способ проращивания семян Allium regelianum - подзимний посев в рассадные ящики с почвой. Вид можно успешно сохранять в условиях ex situ в ГБУ ВО «ВРБС».
В культуре in vitro исследованы всхожесть и динамика прорастания Allium regelianum в зависимости от состава питательной среды. Семена Allium regelianum прорастали на 9-й день после введения в культуру in vitro. В качестве стерилизующего агента использовали Лизоформин 5% с экспозицией 7 минут. На безгормональной питательной среде наибольшее количество проросших семян составило 13%. Культивирование семян на питательной среде, содержащей гормоны, оказывало угнетающее влияние на развитие проростков. Наблюдали появление аномально утолщенных проростков, в то время как на безгормональной среде формировались проростки без морфологических отклонений.
В процессе наших исследований определен коэффициент размножения у Allium regelianum, который на начальном этапе культивирования составил - 1 (количество образовавшихся луковичек).
При длительном субкультивировании коэффициент размножения составил - 3. В среднем линейный рост растений - 8 см.
Важным этапом при получении растений-регенерантов является укоренение микропобегов. На безгормональной питательной среде процент укоренения составил 80%, длина корней более 3 см.
Наиболее ответственным моментом при клональном микроразмножении любой культуры является перенос растений в нестерильные условия, то есть высадка их в почвенный субстрат. Именно на данном этапе отмечается наибольший процент гибели растений-регенерантов.
Адаптацию растений-регенерантов проводили при t=25°C, освещенности 3000 лк, влажности воздуха 70%. В качестве субстрата использовали смесь - торф : песок : дерновая земля (1:1:2). Растения высаживали в контейнеры емкостью 0,2 л. Для регуляции влажности использовали пищевую пленку с постепенным ее перфорированием. Выход адаптированных растений составлял 70-90%. Затем адаптированные растения переносили в теплицу для доращивания. В результате проведенных исследований установлено, что при длительном культивировании Allium regelianum на безгормональ-ной питательной среде происходит образование микролуковиц.
Выводы
Несмотря на значительный объем проведенных работ по изучению и сохранению Allium regelianum на территории Волгоградской области, не вызывает сомнения неполнота их результатов и необходимость дальнейших исследований вида и разработки мероприятий по его сохранению.
Необходим дополнительный комплекс полевых натурных обследований территории Волгоградской области, который позволит расширить и уточнить имеющиеся сведения о распространении, численности и состоянии популяций Allium regelianum в природных условиях региона. Кроме того, важным этапом изучения вида должна стать организация долговременного мониторинга состояния популяций вида, имеющих особое значение для его сохранения в пределах области, прежде всего, популяций, обладающих наибольшим генетическим разнообразием и своеобразием.
Основными перспективами по изучению Allium regelianum в условиях интродукции и реинтродукции являются: разработка методических основ сохранения Allium regelianum в условиях культуры с учетом необходимости сохранения генетического разнообразия; разработка и апробирование методики реинтродукции (репатриации) Allium regelianum в природных условиях Волгоградской области; проведение наблюдений за изменением состояния реинтродуцированных (репатриированных) популяций Allium regelianum.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Красная книга Волгоградской области / Комитет охраны природы Администрации Волгоградской области. Волгоград: Волгоград, 2006. Т. 2: Растения и грибы. 236 с.
2. Красная книга Российской Федерации (растения и грибы). М.: Тов-во науч. изданий КМК, 2008. 855с.
3. Приказ Комитета природных ресурсов и охраны окружающей среды Администрации Волгоградской области № 87/01 от 15.02.2010 г. «Об общих принципах организации мониторинга на территории природных парков и ведения учета редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных, занесенных в Красную книгу Российской Федерации и Красную книгу Волгоградской области, и видов растений, занесенных в Красную книгу Волгоградской области».
4. Методика фенологических наблюдений в Ботанических садах СССР // Бюл. Гл. ботан. сада. 1979. Вып. 113. С.3-8.
5. Карпун Ю.Н. Конспект Введения в интродукцию растений. Сочи, 1999. 28 с.
6. Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян. Л.: Наука, 1985. 348 с.
7. Бутенко Р.Г. Биология клеток высших растений in vitro и биотехнологии на их основе: учеб. пособие. М.: ФБК-ПРЕСС, 1999. 190 с.
8. Черемушкина В.А. Биология луков Евразии. Новосибирск: Наука, 2004. 280 с.
Поступила в редакцию 12.06.12
S.E. Ageeva, O.I. Korotkov, K.A. Grebennikov, L.N. Kruglova, G.N. Safronova, O.O. Zholobova
The experience of studying and preserving the species Allium regelianum A. Becker has regional Botanical Garden in the territory of the Volgograd region.
This article lists the results for the study and conservation of Allium regelianum A.Becker in in situ and ex situ conditions in the territory of the Volgograd region.
Keywords: rare species of plants, Allium regelianum A.Becker, monitoring, introduction, Volgograd region.
Агеева Светлана Евгеньевна, аспирант
Сафронова Галина Николаевна, аспирант
ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет»
426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корп.1)
Коротков Олег Игоревич, кандидат биологических наук, директор
Гребенников Константин Алексеевич, ведущий научный сотрудник
Круглова Любовь Николаевна, научный сотрудник
Жолобова Ольга Олеговна, ведущий научный сотрудник
ГБУ Волгоградской области «Волгоградский региональный ботанический сад»
400007, Россия, г. Волгоград, пос. Металлургов, 68, а/я 23 E-mail: vrbs@list.ru
Ageeva S.E., postgraduate student Safronova G.N., postgraduate student Udmurt State University
426034, Russia, Izhevsk, Universitetskaya st., 1/1
Korotkov O.I., candidate of biology, director Grebennikov K.A., leading researcher Kruglova L.N., researcher Zholobova O.O., leading researcher
Volgograd Regional Botanical Garden 400007, Russia, Volgograd, vil. Metallurgov, 68 E-mail: vrbs@list.ru
