CC BY
24
Turczaninowia 21 (2): 55-65 (2018) DOI: 10.14258/turczaninowia.21.2.7 http://turczaninowia.asu.ru
ISSN 1560-7259 (print edition)
TURCZANINOWIA
ISSN 1560-7267 (online edition)
УДК 581.4(575.2)
Полиморфизм ценопопуляций СгыыМа кгу1оуИ в горах Южной Сибири на основе морфологических данных и RAF-PCR анализа
1 Сибирский федеральный университет, пр-т Свободный, 79, г. Красноярск, 660041, Россия. E-mail: iyamskikh@mail.ru
2Алтайский государственный университет, пр-т Ленина, 61, г. Барнаул, 656049, Россия. E-mail: m_kucev@mail.ru
Ключевые слова: Алтай, Западный Саян, морфолого-генетический анализ, неморальный реликт, черневые леса, RAF-PCR.
Аннотация. Проведен анализ состояния 16 ценопопуляций третичного неморального реликта Cruciata krylovii (крестообразник Крылова, Rubiaceae), произрастающих в лесах Западного и Восточного Саян, Алтая, окрестностях г. Томска. Выявлено, что на сплошных вырубках пихтовых, осиновых лесов в первые годы отмечается разрастание особей вида. В последующие годы возможно снижение проективного покрытия C. krylovii, уменьшение параметров вегетативных органов растения, увеличение уровня внутрипопуляционной изменчивости морфологических признаков. Наиболее резкие изменения в морфоструктуре ценопопуляций наблюдаются на территории условно-сплошных вырубок. Кластерным анализом установлено, что морфологическим сходством обладают ценопопуляции, произрастающие в антропогенно нарушенных сообществах. Генетическую вариабельность ценопопуляций крестообразника Крылова выявляли с помощью RAF-PCR (Randomly Amplified DNA Fingerprinting) метода. Суммарный процент полиморфных локусов составляет 98,44. Уровень внутрипопуляционного генетического полиморфизма варьирует в достаточно широких пределах (68,8-96,9 %). Высокий уровень генетической изменчивости характерен для ценопопуляций, произрастающих в черневых, лесостепных и подтаежных сообществах. Все изученные ценопопуляции крестообразника характеризуются средним уровнем генетической дифференциации (Gst = 0,18) и группируются по географическому принципу. По типу эколого-ценотических стратегий C. krylovii относится к фитоценотическим патиентам и эксплерентам. Обладает относительно широкой экологической амплитудой. В местообитаниях на границе ареала (лесостепная, подтаежная, томская популяции) наблюдаются достаточно высокие показатели морфолого-генетического разнообразия данного вида, что свидетельствует о возможностях его дальнейшего расселения по территории Сибири. Данный вид устойчив к воздействию антропогенных факторов, однако вырубки не благоприятствуют распространению вида из-за высокой конкуренции со стороны других растений. По классификации реликтов А. А. Гроссгейма является адаптантом.
Polymorphism of Cruciata krylovii coenopopulations in the Southern Siberia mountains based on morphological data and RAF-PCR analysis
Keywords. Altai mountains, chem taiga, morphogical and genetics analysis, nemoral relict, RAF-PCR, Western Sayan mountains.
Summary. 16 coenopopulations of the tertiary nemoral relic Cruciata krylovii (Rubiaceae) were studied in the forests of Western Sayan, Altai mountains and in the countryside of Tomsk city. C. krylovii coenopopulations expand
И. Е. Ямских1, М. Г. Куцев
,2
I. E. Yamskikh1, M. G. Kutsev2
1 Siberian Federal University, Svobodny str, 79, Krasnoyarsk, 660041, Russia 2Altai State University, Lenina str., 61, Barnaul, 656049, Russia
Поступило в редакцию 07.07.2017 Принято к публикации 17.05.2018
Submitted 07.07.2017 Accepted 17.05.2018
at the fir and aspen deforested areas during the first few years. Reducing of projective coverage and parameters of vegetative organs of C. krylovii together with increasing of intrapopulation variability of morphological features were revealed. The most unfavourable areas for C. krylovii are fully deforested areas. Cluster analysis found that the coe-nopopulations from anthropogenically disturbed communities had morphological similarity. Genetic variability of the C. krylovii cenopopulations was studied by RAF-PCR method. The total percentage of polymorphic loci is 98.44. The level of intrapopulation genetic polymorphism varies within fairly wide limits (68.8-96.9 %). A high level of genetic variability is typical for coenopopulations growing in the chern, forest-steppe and subtaiga communities. All studied coenopopulations of the C. krylovii are characterized by an average level of genetic differentiation (Gst = 0.18) and are grouped according to the geographical principle. C. krylovii is revealed to be a phytocoenotical patient and explerent. High rates of morphological and genetic diversity of this species were revealed for the habitats from the border of the range (forest-steppe, subtaiga, Tomsk populations). It indicates the possibilities for the further settlement across the territory of Siberia. It has relatively wide ecological amplitude and resistant to anthropological pressure. However, deforested areas are not favor the spread of the species due to high competition from other plants. Following A. A. Grossgeim relict classification C. krylovii belongs to "adaptants".
Cruciata krylovii (Iljin) Pobed. (Rubiaceae) -крестообразник Крылова - многолетнее травянистое растение, относящееся к числу реликтов третичных широколиственных лесов. Вид имеет южно-сибирский ареал и встречается на Алтае, в горах Кузнецкого Алатау, Западного и Восточного Саян, Восточного Танну-Ола и Восточно-Тувинского нагорья (Cherepnin, 1967; Krasnoborov, 1977; Amelchenko et al., 1990; Yamskikh, 2007). Северные местонахождения данного вида находятся в окр. г. Томска.
Согласно классификации М. М. Ильина (Iljin, 1941), крестообразник Крылова относится к средиземноморским реликтам, не имеющим флорогенетических связей во флоре Сибири. Близкородственный вид - C. glabra (L.) Ehrend. -встречается на Кавказе и в Западной Европе. Сибирские растения крестообразника Крылова отличаются от европейско-кавказских, главным образом, по более интенсивному опушению надземных органов. Во «Флоре Сибири» (Naumova, 1996) C. krylovii рассматривается в качестве подвида C. glabra (Cruciata glabra subsp. krylovii (Iljin) Naumova).
Крестообразник Крылова является характерным элементом черневых лесов гор Южной Сибири, которые в последние годы интенсивно вырубаются, что и представляет угрозу для исчезновения вида. К настоящему времени отсутствуют сведения о морфологической и генетической структуре его популяций. Слабо изучено влияние антропогенных факторов на состояние популяций реликта.
Целью исследований явилось изучение мор-фолого-генетической изменчивости ценопопу-ляций C. krylovii.
Материал и методы
В качестве объектов исследований выбраны 16 ценопопуляций, произрастающих в подта-
ежных, черневых и горно-таежных лесах северо-восточной части Западного Саяна, а также на границе подтайги и лесостепи. Для сравнительного анализа использовались материалы, собранные в лесах северо-восточного и северного Алтая и окр. г. Томска. На первом этапе исследований изучали фитоценотическую приуроченность крестообразника Крылова. Геоботаническое описание сообществ проводили по доминантному методу (Voronov, 1973 и др.). При описании древостоя определялись преобладающая порода, ее высота, диаметр, ярусность, сомкнутость крон. При описании подлеска указывался его видовой состав, сомкнутость крон. В описание травянистого яруса входило: общая характеристика, видовой состав, проективное покрытие. Для определения проективного покрытия в каждом изученном сообществе случайным способом закладывалось по 15 площадок площадью 1 м2, затем рассчитывалось среднее проективное покрытие для каждого вида. Характеристика местообитаний изучаемого вида приведена в таблице. При оценке состояния цено-популяций определяли проективное покрытие, плотность побегов, оценивали изменчивость вегетативных и генеративных признаков, изучали генетическую вариабельность на основе RAF-PCR анализа.
Большая часть оцениваемых нами морфоме-трических признаков приводится в качестве диагностических для определения вида во «Флоре Средней Сибири» (Popov, 1959) и «Флоре Сибири» (Naumova, 1996). Измеряли следующие параметры: длину надземного побега (х1); длину части стебля, несущей цветоносы (х2); число мутовок листьев на надземном побеге (х3); число мутовок с цветоносами (х4); длину (х5) и ширину (х6) листа в средней части стебля; форму листа х5/х6 (х7); отношение х1/х5 (х8); число соцветий (х9); общее количество цветков на побе-
ге (х10); среднее количество цветков в соцветии (х11); отношение х1/х10 (х12). Измерения проводили на 30 генеративных особях, отобранных в ценопопуляциях методом случайных выборок (Shmidt, 1984). Учетной единицей служил парциальный побег. Расстояние между исследованными растениями было не менее 10 м.
Математическую обработку морфологических данных проводили в программе «Statistica 7.0». Внутрипопуляционную изменчивость признаков оценивали с помощью коэффициента вариации (CV), поскольку данный параметр позволяет сравнивать признаки, имеющие различные размерности (Shmidt, 1984). Кроме того, для коэффициента вариации С. А. Мамаевым (Mamaev, 1972) разработана шкала уровней изменчивости. Для установления достоверных различий между среднепопуляционными значениями одноименных признаков использовали однофакторный дисперсионный анализ. Различие считалось достоверным при уровне значимости p < 0,05. Анализ сходства популяций по исследуемым признакам проводили с помощью кластерного анализа. В обработке применялся метод Уорда. В качестве меры сходства использовалось Евклидово расстояние.
Молекулярно-генетические исследования проводили в лабораториях Алтайского государственного университета (Россия, г. Барнаул) и Сибирского федерального университета (Россия, г. Красноярск). Генетическую вариабельность ценопопуляций выявляли с помощью RAF-PCR (Randomly Amplified DNA Fingerprinting) метода, ранее хорошо зарекомендовавшего себя в исследованиях Stachys sylvatica (Yamskikh et al., 2016), Brunnera sibirica (Yamskikh, Kutsev, 2017) и видов рода Sanguisorba L. (Kutsev et al., 2013) Из каждой популяции было проанализировано 10 растений, не являющихся клонами. Выделение ДНК производили из 15-25 мг сухой растительной ткани с помощью набора AxyPrep Multisource Genomic DNA (AxyGen, США).
RAF-PCR проводили в 12,5 мкл смеси (7,4 мкл Н2О; 1 мкл ДНК; 1,25 мкл 10Х-буфера; 1,25 мкл 25 мМ MgCl2; 1 мкл 10 мМ праймера; 0,5 мкл 20 мМ dNTPs; 0,1 мкл Taq-полимеразы) на амплификаторе MyCycler. Амплификацию проводили по следующей программе: 94 °С - 5 мин., 35 циклов: 94 °С - 30 сек., 57 °С - 1 мин., 56 °С -1 мин., 55 °С - 1 мин., 54 °С - 1 мин., 53 °С -1 мин.; завершающая стадия: 72 °С - 10 мин., охлаждение при 4 °С. Предварительно на 2 образцах ДНК из имеющегося набора праймеров
(Waldron et al., 2002) опытным путем был выявлен праймер RAF К-02а (5'-GTCTCCGCAC-3'), который дал воспроизводимый полиморфный результат. Анализ продуктов амплификации осуществлялся с помощью прибора Experion™ Automated Electrophoresis Station (Bio-Rad, USA).
Статистическую обработку результатов генетического анализа проводили с помощью пакета программ TFPGA version 1.3 (UPGMA-анализ, бутстреп-тест и расчет генетических дистанций) и Popgene version 1.32 (расчет процента полиморфных локусов (Р), генного разнообразия Нея (He), индекса Шеннона (Но), показатель подраз-деленности популяций (G ). Генетические дистанции (D) между ценопопуляциями определяли по формуле М. Нея (Nei, 1978). Оценку состояния генофондов проводили по шкале, разработанной для растений С. В. Боронниковой (Boron-nikova, 2013).
Результаты и их обсуждение
В процессе геоботанических исследований было выявлено, что фитоценотический ареал C. krylovii относительно широк и выходит за пределы черневых лесов. В горах Западного Са-яна вид произрастает в небольшом обилии в осиновых, пихтовых, кедровых черневых и горнотаежных лесах, доходя до верхней границы леса. Часто встречается в лиственничных, сосновых, березово-сосновых лесах, а также может произрастать на границе подтайги и лесостепи. Нами было отмечено его присутствие в достаточно высоком обилии в лесостепном березняке раз-нотравно-осочковом (Красноярский край, Ново-селовский р-н, урочище «Медведево»). В При-телецкой части Алтая C. krylovii произрастает в лесах с доминированием кедра, сосны, березы. В достаточно высоком обилии отмечен в окр. д. Аникино (Томская обл.) в березняке орляково-разнотравном. Толерантен к уровню увлажнения и степени освещенности.
Среди естественных местообитаний наибольшее проективное покрытие крестообразни-ка Крылова отмечается в лесостепном березняке разнотравно-осочковом (Ck2, 10 %), подтаежном сосняке разнотравно-злаково-орляковом (Ck2, 7 %) и в томском березняке орляково-разнотрав-ном (Ck16, 25 %). Во всех остальных рассмотренных сообществах вид выступает в качестве ассектатора, а его проективное покрытие не превышает 3 % (табл.).
На территории вырубок черневых лесов Западного Саяна отмечается разрастание крестоо-бразника Крылова в первые годы после рубок,
Таблица
Геоботаническая характеристика местообитаний СгаЫМа кгу1оуи
№ ц/п Название сообщества, местоположение Состав древостоя, сомкнутость крон Характеристика травянистого и мохово-лишайникового ярусов (в скобках указано проективное покрытие)
Граница лесостепного и подтаежного поясов Восточного Саяна
Ск1 Березняк разнотравно-осочко-вый (урочище Медведево, дол. р. Убей) 10Б+0с+С 0,7 Общее проективное покрытие (ОПП) -75 % Сагех тасгоига (50 %) Cruciata krylovii (10 %) Rubus saxatilis (5 %)
Подтаежный пояс Западного Саяна
Ск2 Сосняк разнотравно-злаково-орляковый (долина р. Уй, окр. пос. Майна) 9С1Б 0,6 ОПП - 60% Pteridium pinetorum ssp. sibiricum (50 %) Brachypodium pinnatum (30 %) Cruciata кт^у1оуи (7 %)
Черневой пояс Западного Саяна (высота 350-700 м над ур. м.)
Ск3 Осинник крупнотравно-широ-котравный (хр. Веховой) 100с+Б, 0,6-0,7 ОПП - 95 % Апетопе baiсalensis (80 %) Вттет (60 %) Heracleum dissectum (15 %) Cruciata ^у1оуИ (1 %)
Ск4* 2-летняя вырубка осинника крупнотравно-широкотрав-ного - ОПП - 95 % Апетопе baiсalensis (40 %) Вттет (60 %) Calamagrostis langsdorffii (15 %) Cruciata к^оуи (< 1%)
Ск5* Рубка ухода за кедром (кедровник паоротниково-широ-котравный, Китаева гора) 9К1Б 0,1 ОПП - 80 % Апетопе baiсalensis (80 %) Майеисаа struthiopteris (40 %) Cruciata к^оуи (<1 %)
Ск6 Пихтарник крупнотравно-па-поротниково-широкотравный (дол. р. 2-я Белая) 9П1К 0,6-0,7 ОПП - 90 % Апетопе baiсalensis (80 %) Апетопе аката (30 %) А^^шт топотали (15 %) Cruciata к^оуи (<1 %)
Ск7* 11-летняя вырубка пихтарника крупнотравно-папоротниково-широкотравного - ОПП - 90 % Calamagrostis langsdorffii (80 %) Вттет (50 %) А^^шт топотали (15 %) Cruciata ^у1оуИ (3 %)
Сk8* 19-летняя вырубка пихтарника (верховья р. 2-я Белая) _ ОПП - 90 % Апетопе baiсalensis (30 %) Майеисаа struthiopteris (30 %) Calamagrostis langsdorffii (30 %) \Cruciata ^у1оуИ (< 1%)
Горно-таежный пояс Западного Саяна (высота 700-1050 м над ур. м.)
Ск9 Пихтарник щитовниково-ане-моновый (дол. р. Чебижек) 9П1К, 0,7-0,8 ОПП - 75 % Апетопе baiсalensis (75 %) Dryopteris ехрата (30 %) Cruciata к^оуи (<1 %)
Ск10* 22-летняя условно сплошная вырубка пихтарника щитовни-ково-анемонового (дол. р. Чебижек) 5П2К2Б1Ос 0,5 ОПП - 75 % Апетопе baiсalensis (40 %) Dryopteris ехрата (30 %) Calamagrostis langsdorffii (20 %) Cruciata ^у1оуИ (< 1 %)
Ск11* 22-летняя сплошная вырубка пихтарника (дол. р. Чебижек) - ОПП - 100 % Апетопе baiсalensis (20 %) Calamagrostis langsdorffii (35 %) Cruciata ^у1оуИ (2 %)
Окончание таблицы
№ ц/п Название сообщества, местоположение Состав древостоя, сомкнутость крон Характеристика травянистого и мохово-лишайникового ярусов (в скобках указано проективное покрытие)
Ск12 Редкостойный пихтарник раз-нотравно-злаково-зеленомош-ный (пойма р. Чебижек) 10П 0,2 ОПП - 60 % Зеленые мхи (Р1еиго1тт &с^еЬеп, Rhytidiadelphus triquetrus) (80 %) Calamagrostis obtusata (20 %) Cruciata ^у1оуИ (2 %)
Северо-восточный Алтай (побережье оз. Телецкого)
Ск13 Сосняк разнотравно-злаковый (восточное побережье оз. Телецкого, дол. р. Кокши) 9С1Б 0,7 ОПП - 70 % Сalamagrostis arundinacea (40 %) /то трепка (10 %) Cruciata ^уЬуИ (3 %)
Ск14 Пихтово-кедровый лес разнотравно-папоротниковый (южное побережье оз. Телецкого, дол. р. Кыга) 7К3П 0,6 ОПП - 100 % МаПеис^а struthiopteris (80 %) Dryopteris ехрата (30 %) НегасЬит dissectum (10 %) Cruciata ^уЬуИ (3 %)
Севе эный Алтай (дол. р. Катуни)
Ск15 Сосняк разнотравно-папоротниковый (дол. р. Катуни, окр. пос. Манжерок) 10С+П+Б+К 0,6 ОПП - 65 % МаПеис^а struthiopteris (40 %) ЛЛугшт monomachii (30 %) Stellaria bungeana (10 %) Cruciata ^уЬуИ (1 %)
Окрестности г. Томска
Ск16 Березняк орляково-разнотрав-ный (окр. с. Аникино) 10Б+Ос+С 0,5 ОПП - 70 % Лegopodium podagraria (20 %) Pteridium pinetorum ББр. sibiricum (15 %) Cruciata ^уЬуИ (25 %)
Примеч.: звездочкой отмечены ценопопуляции, произрастающие в антропогенно нарушенных сообществах.
которое происходит, видимо, за счет снижения конкуренции со стороны лесных видов и благодаря его толерантности по отношению к освещенности. Например, на 11-летней вырубке пихтарника крупнотравно-папоротниково-широко-травного (Ск7*) отмечается увеличение проективного покрытия крестообразника с менее 1 % до 3 % (табл.). Выше проективное покрытие, по сравнению с контролем, и на 22-летней сплошной вырубке под ЛЭП (Ск11*), представляющей собой искусственно поддерживаемое луговое сообщество. Д. И. Назимова с соавторами (№-zimova et а1., 1983) относит данный вид к растениям, положительно реагирующим на вырубку и временно разрастающимся после нее. Если в последующие годы происходит активное возобновление древостоя и восстановление видового состава травянистого яруса, характерного для черневых лесов, проективное покрытие C. Ъу-\ovii снижается за счет появления более конкурентоспособных в данных условиях крупных папоротников, видов широкотравья, крупнотравья. Условно сплошные вырубки (Ск5*, Ск10*) так-
же не способствуют разрастанию особей вида.
Среднее количество побегов крестообразника Крылова на 1 м2 варьирует от 27 до 86 шт. Максимальная плотность зафиксирована на территории 22-летней сплошной вырубки пихтарника щитовниково-анемонового (Ск11*, дол. р. Чебижек). В лесостепном березняке разно-травно-осочковом (Ск1) отмечено 59 побегов, а в подтаежном сосняке разнотравно-злаково-орля-ковом (Ск2) - 50 побегов на 1 м2. Минимальная плотность отмечена для ценопопуляций, произрастающих в коренных типах леса: в пихтарнике крупнотравно-папоротниково-широкотравном (Ск6, 33 побега) и пихтарнике щитовниково-ане-моновом (Ск9, 27 побегов).
Наибольший уровень варьирования морфологических признаков C. krylovii отмечается для растений лесостепной ценопопуляции Ск1 (березняк разнотравно-осочковый) и алтайских Ск13 (сосняк разнотравно-злаковый) и Ск14 (пихтово-кедровый лес разнотравно-папоротниковый) (рис. 1). Здесь наиболее изменчивыми признаками являются длина стебля (х1) и цве-
тоноса (х17), размеры листьев (х5, х11), количественные параметры (х14, х15). Минимальные значения коэффициентов вариации отмечены для ценопопуляций из западносаянских пихтарников (Ск6 и Ск9).
На территории вырубок отмечается постепенное повышение уровня варьирования морфологических параметров (рис. 1). Так, для це-нопопуляции Ск4*, произрастающей на месте 2-летней вырубки осинника (Ск3), значение коэффициентов вариации даже несколько снижается по сравнению с контролем. На 22-летних условно сплошных и сплошных вырубках пихтарника щитовниково-анемонового (Ск9) происходит повышение уровня изменчивости. Например, значения коэффициента вариации длины побега повышаются с 9,8 до 16 (Ск10*) и 24,8 % (Ск11*) соответственно. Ценопопуляции, произрастающие на месте 11- и 19-летних вырубок пихтарника крупнотравно-папоротниково-ши-рокотравного (Ск6), также характеризуются повышенным уровнем внутрипопуляционной изменчивости.
Измерение вегетативных органов особей С. куЬуп из естественных местообитаний показало, что максимальных размеров растения достигают в осиннике крупнотравно-широкотрав-ном (Ск3) (рис. 2). Здесь наблюдаются высокие значения для длины стебля (х1 = 38,7 ± 1,2 см) и размеров листовой пластинки (х5 = 2,5 ± 0,1, х6 = 0,9 ± 0,02 см). Количество мутовок листьев максимально у особей из ценопопуляции Ск15 (х3 =
17,4 ± 0,8 шт.). Генеративные признаки С. к^о-уЦ имеют наибольшие значения в Ск12 (редкостойный пихтарник) (рис.3). У растений данной ценопопуляции образуется максимальное число цветков (х10 = 76,2 ± 6,2 шт.) и частных соцветий (х9 = 24,9 ± 1,5 шт.). Необходимо отметить, что особи крестообразника Крылова, произрастающие в подтаежном сосняке разнотравно-зла-ково-орляковом (Ск2) и лесостепном березняке разнотравно-осочковом (Ск1), характеризуются достаточно крупными размерами.
На сплошных вырубках различного возраста отмечается уменьшение параметров вегетативных органов растения, таких, как длина стебля, количество мутовок листьев, размеры листа. Примером может служить ценопопуляция С7*, произрастающая на 11-летней вырубке пихтарника крупнотравно-папоротниково-широкотрав-ного, где по сравнению с контролем (С6) длина и ширина листа растений снижаются с 1,8 ± 0,06 до 1,6 ± 0,07 см и с 0,9 ± 0,03 до 0,7 ± 0,03 см соответственно, а длина стебля - с 28 ± 0,6 до 21 ± 0,9 см (рис. 2). Параметры растений, характеризующие семенную продуктивность вида (х9, х10, х11), практически не различаются в естественных местообитаниях и на сплошных вырубках (рис. 3).
На условно сплошной вырубке (Ск10*) пихтарника щитовниково-анемонового наблюдается снижение показателей, связанных с продуктивностью вида (х2, х4, х9, х10), по сравнению не только с исходным типом леса (Ск9), но и со
Рис. 1. Изменчивость морфологических признаков Сгиаа(а к^оуи: х1 - длина побега; х5 - длина листа; х10 - общее количество цветков на побеге.
сплошной вырубкой (Ск11*). Ценопопуляция С. Ьу^п, произрастающая на месте рубки ухода за кедром (Ск5*), характеризуется снижением размеров вегетативных органов (признаки х1, х2, х5, х6).
На дендрограмме сходства 16 ценопопуляций С. krylovii, построенной с помощью кластерного анализа, прослеживается разделение совокупности популяций на 2 кластера (рис. 4). Первый кластер четко подразделяется на два субкласте-
Рис. 2. Среднепопуляционные значения длины (х5) и ширины (х6) листа Cruciata ^уЬуН. Здесь и на рис. 3 доверительными интервалами показана ошибка репрезентативности среднего.
Рис. 3. Среднепопуляционные значения количества частных соцветий (х9) и цветков на побеге (х10) Cruciata ^уЬуН.
ра, один из которых сформирован ценопопуляци-ями, обитающими на территории сплошных 11-, 19- и 22-летних вырубок пихтовых лесов (Ск7*, Ск8*, Ск11*). В настоящее время на данных территориях представлены луговые фитоценозы и практически отсутствуют древостой и подлесок. Растения данных местообитаний по сравнению с контрольными Ск6 и Ск9 характеризуются сходными значениями показателей развития генеративных органов, но более мелкими размерами листьев. Обособленное положение в данном кластере занимает томская Ск16, произрастающая в березняке орляково-разнотравном.
Во второй субкластер объединились алтайские ценопопуляции (Ск13 и Ск14) и западно-саянские, произрастающие на 2-летней (Ск4*) и условно-сплошных (Ск5*, Ск10*) вырубках. Для особей данной группы отмечаются небольшие размеры стеблей, листьев и минимальное количество соцветий и цветков на растении.
Второй гетерогенный кластер объединяет ценопопуляции С. krylovii из относительно ненарушенных местообитаний. Причем наибольшее сходство прослеживается между подтаежными (Ск2 и Ск15) и лесостепной (Ск1) ценопопуля-
циями. Также морфологическим сходством обладают особи, собранные в западносаянских пихтарниках (Ск6 и Ск9). Обособленное положение в данном кластере занимает Ск12, описанная из редкостойного пихтарника разнотрав-но-злаково-зеленомошного на верхней границе высотного распространения вида. Особи этой ценопопуляции характеризуются максимальными, достоверно отличающимися от остальных показателями развития генеративных органов (признаки х8, х9, х10) и мелкими листьями (х5, х6). Следует отметить, что ценопопуляции, составляющие данный кластер, произрастают в различных экологических условиях на значительном удалении друг от друга (в различных частях ареала крестообразника Крылова).
Таким образом, на дендрограмме сходства ценопопуляций С. krylovii по морфологическим признакам мы видим разделение по степени антропогенного воздействия (естественные - нарушенные местообитания). Четкое разделение по географическому принципу отсутствует.
Анализ генетической изменчивости С. krylovii произведен на примере 6 ценопопуляций, произрастающих в лесах Западного Саяна (Ск2, Ск9),
Рис. 4. Дендрограмма сходства ценопопуляций Сгисг^а krylovii на основе морфологических данных.
Северо-Восточного Алтая (Ck14, Ck15), в окр. г. Томска (Ck16) и лесостепного пояса Восточного Саяна (Ck1). В ходе анализа с использованием праймера RAF K-02a (5'-GTCTCCGCAC-3') выявлено 64 фрагмента ДНК. Суммарный процент полиморфизма составляет 98,44. Уровень выявляемого внутрипопуляционного генетического полиморфизма варьирует в достаточно широких пределах (68,8-96,9 %). Максимальные показатели внутрипопуляционного генетического разнообразия отмечены для лесостепной ценопопу-ляции Ckl (P = 87,50 %; H = 0,3722; H0 = 0,5364), западносаянской подтаежной Ck2 (P = 87,50 %; He = 0,3625; Н0 = 0,5249) и алтайской Ck14 (P = 96,88 %; He = 0,3663; Н0 = 0,5408). Минимальные значения наблюдаются для высокогорной Ck9 (P = 68,75 %; He = 0,2669; Н0 = 0,3913). Коэффициент подразделенности ценопопуляций (Gst) составляет 0,18. Следовательно, на долю межпо-пуляционного разнообразия приходится 18 %, а изученные ценопопуляции, произрастающие в различных частях ареала крестообразника Крылова, демонстрируют среднюю степень дифференциации, согласно классификации Райта (Wright, 1978). Генетические дистанции М. Нея (Nei, 1978) минимальны между красноярскими лесостепной (Ск1) и предгорной (Ck2) (D =
0,099), а также между алтайскими Ck14 и Ck15 (D = 0,067) ценопопуляциями. Томская Ck16 наиболее близка к алтайской Ck15 (D = 0,081), произрастающей в сосняке в долине р. Катуни. Аналогичные результаты получены при построении дендрограммы сходства ценопопуляций с использованием коэффициента Рейнольдса (Reynolds et al., 1983) (рис. 4), где разделение на два кластера идет по географическому принципу, а обособленное положение занимает запад-носаянская высокогорная ценопопуляция Ck9 с низкими показателями генетической изменчивости. Генофонды всех изученных ценопопуляций C. krylovii характеризуются удовлетворительным состоянием, согласно шкале С. В. Боронниковой (Boronnikova, 2009), и способны самостоятельно воспроизводиться.
Заключение
Проведенный анализ состояния ценопопуля-ций крестообразника Крылова показал, что на сплошных вырубках пихтовых, осиновых лесов в северо-восточной части Западного Саяна в первые годы отмечается разрастание особей вида. В последующие годы возможно снижение проективного покрытия C. krylovii, уменьшение некоторых параметров вегетативных органов
Рис. 5. Дендрограмма сходства ценопопуляций Сгыс1а1а Ьу^и на основе данных КАР-РСЯ анализа (цифрами указаны значения бутстрепа, %).
растения, увеличение уровня внутрипопуля-ционной изменчивости, что, видимо, связано с появлением более конкурентоспособных в данных условиях видов, таких как крупные папоротники, виды широкотравья. Наиболее резкие изменения в морфоструктуре ценопопуляций наблюдаются на территории условно-сплошных вырубок. Кластерным анализом установлено, что морфологическим сходством обладают ценопопуляции, произрастающие в антропогенно-нарушенных сообществах.
Высокий уровень генетической изменчивости крестообразника Крылова характерен как для алтайской ценопопуляции Ск14, произрастающей в черневом кедрово-пихтовом лесу, так и для лесостепной Ck1 из березняка разнотравно-осочкового. Этот факт свидетельствует о высокой экологической толерантности данного вида и возможности дальнейшего расширения его ареала. Все изученные ценопопуляции крестоо-бразника характеризуются средним уровнем генетической дифференциации (Gst = 0,18) и группируются по географическому принципу.
В заключение можно отметить, что Cruciata krylovii относится к фитоценотическим патен-
там и эксплерентам. Вид обладает слабой конкурентной способностью, однако его экологический ареал значительно шире, чем у других третичных реликтов. Видимо, именно наличие широких экологических потенций позволило крестообразнику Крылова сохраниться в составе черневых лесов с третичного времени и распространиться далеко за их пределы. Причем в местообитаниях на границе ареала (лесостепная, подтаежная, томская популяции) наблюдаются достаточно высокие показатели морфолого-ге-нетического разнообразия данного вида, что свидетельствует о возможностях его дальнейшего расселения по территории Сибири. Таким образом, крестообразник Крылова можно назвать адаптантом, согласно классификации А. А. Грос-сгейма (Grossgeim, 1939). Видимо, по этой причине многие авторы (Ро1о/Ьп, Кгар^кта, 1985) не включают С. krylovii в список неморальных реликтов черневых лесов. Крестообразник Крылова мало уязвим к воздействию антропогенных факторов, однако вырубки, особенно условно-сплошные, не благоприятствуют его распространению из-за высокой конкуренции со стороны других видов.
REFERENCES/ ЛИТЕРАТУРА
Amelchenko V. P., Ignatenko N. A., Malachova L. A. 1990. Cruciata krylovii. In: Biologicheskiye osnovy okhrany redkikh i ischezayushchikh rasteniy Sibiri [Biological bases ofprotection of rare and endangered plants of Siberia]. Nauka, Novosibirsk, 19-44 pp. [In Russian]. (Амельченко В. П., Игнатенко Н. А., Малахова Л. А. Крестообразник Крылова // Биологические основы охраны редких и исчезающих растений Сибири. Новосибирск: Наука, 1990. С. 19-44).
Boronnikova S. V. 2013. Molekularno-geneticheskiy analiz i otsenka sostoyaniya genofondov resursnykh vidov rasteniy Permskigo kraya [Molecular-genetic analysis and assessment of the gene pools state of resource species of plants from Perm Region]. Perm, 239 pp. [In Russian]. (Боронникова С. В. Молекулярно-генетический анализ и оценка состояния генофондов ресурсных видов растений Пермского края. Пермь, 2013. 239 с.).
Cherepnin L. M. 1967. Flora yuzhnoy chasti Krasnoyarskogo kraya [Flora of the southern part of the Krasnoyarsk Territory]. Krasnoyarsk, 236 pp. [In Russian]. (Черепнин Л. М. Флора южной части Красноярского края. Красноярск, 1967. 236 с.).
Grossgeim A. A. 1939. Types of the relicts. Izvestiya Azerbaydzhanskogo filiala AN SSSR [News of the Azerbaijan branch of the USSR Academy of Sciences] 6: 74-80 [In Russian]. (Гроссгейм А. А. Типы реликтов // Изв. Азер-байдж. филиала АН СССР, 1939. № 6. С. 74-80).
Iljin М. М. 1941. Tertiary relic elements in the taiga flora of Siberia and their possible origin. In: Materialy po istorii flory i rastitelnosti SSSR. Т. 1. [Materials on the history of flora and vegetation of the USSR]. Vol. 1. Moscow-Leningrad, 257-292 pp. [In Russian]. (Ильин М. М. Третичные реликтовые элементы в таежной флоре Сибири и их возможное происхождение // Материалы по истории флоры и растительности СССР. Т. 1. М.-Л., 1941. С. 257-292).
Krasnoborov I. M. 1977. Tertiary relics in the flora of the Tuva ASSR. In: Rastitelnyypokrov basseyna Verkhnego Yeniseya [Vegetation cover of the Upper Yenisei basin]. Nauka, Novosibirsk, 4-14 pp. [In Russian]. (Красноборов И. М. Третичные реликты во флоре Тувинской АССР // Растительный покров бассейна Верхнего Енисея. Новосибирск: Наука, 1977. С. 4-14).
Kutsev M.G., Sinitsyna T.A., Kondo K. 2013. Genetic diversity between three species of Sanguisorba L. from West Siberia based on randomly amplified DNA fingerprints. Turczaninowia 16, 2: 134-137 [In Russian]. (Куцев М.Г., Синицына Т.А., Кондо К. Генетические различия между тремя видами Sanguisorba L. из Западной Си-
бири на основе метода случайно амплифицированных фрагментов ДНК (RAF) // Turczaninowia, 2013. Т. 16, вып. 2. С. 134-137).
Mamaev S. A. 1972. Formy vnutrividovoy izmenchivosti drevesnykh rasteniy [Forms of intraspecies variability of woody plants]. Nauka, Moscow, 284 pp. [In Russian]. (Мамаев С. А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений. М.: Наука, 1972. 284 с.).
Nazimova D. I., Perevoznikova V. D., Molokova N. I. 1983. The reaction of grass cover species to cutting in the chern forests of Western Sayan. In: Ekologiya rasteniy Sredney Sibiri [Plant ecology of the Central Siberia]. Krasnoyarsk, 4-7 pp. [In Russian]. (Назимова Д. И., ПеревозниковаВ. Д., Молокова Н. И. Реакция видов травяного покрова на вырубку в черневых лесах Западного Саяна // Экология растений Средней Сибири. Красноярск, 1983. С. 4-7).
Naumova E. G. 1996. Cruciata Miller. In: Flora Sibiri [Flora of Siberia]. Vol. 12. Nauka, Novosibirsk, 124 p. [In Russian]. (Наумова Е. Г. Cruciata Miller - Круциата, крестовидка // Флора Сибири. Т. 12. Новосибирск: Наука, 1996. С. 124).
Nei M. 1978. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics 89: 538-590.
Polozhii A. V., Krapivkina E. D. 1985. Relikty tretichnykh shirokolistvennykh lesov vo flore Sibiri [Relics of tertiary broad-leaved forests in the flora of Siberia]. Izdatelstvo TGU, Tomsk, 158 pp. [In Russian]. (Положий А. В., Крапивкина. Э. Д. Реликты третичных широколиственных лесов во флоре Сибири. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1985. 158 с.).
Popov M. G. 1959. Flora Sredney Sibiri [Flora of Central Siberia]. Vol. 2Academy of sciences press, Moscow-Leningrad, 559-918 pp. [In Russian]. (Попов М. Г. Флора Средней Сибири. Т. 2. М.-Л.: изд-во АН СССР, 1959. С. 559-918).
Reynolds J., Weir B. S., Cockerham C. C. 1983. Estimation of the coancestry coefficient: Basis for a short-term genetic distance. Genetics 105: 767-779.
Shmidt V. M. 1984. Matematicheskiye metody v botanike [MathematicalMethods in Botany]. Izdatelstvo Lenin-gradskogo universiteta, Leningrad, 288 pp. [In Russian]. (ШмидтВ.М. Математические методы в ботанике. Л.: изд-во Ленингр. ун-та, 1984. 288 с.).
VoronovA. G. 1973. Geobotanika [Geobotany]. Moscow, 384 pp. [In Russian]. (ВороновА. Г. Геоботаника. М.: Высшая школа, 1973. 384 с.).
Waldron J., Peace C., Searle I. et al. 2002. Randomly amplified DNA fingerprinting: a culmination of DNA marker technologies based on arbitrarily-primed PCR amplification. Journal of biomedicine and biotechnology 2(3): 141-150.
Wright S. 1978. Evolution and the genetics of population. Variability within and among natural populations. Chicago, 580 pp.
Yamskikh I. E. 2007. Biomorphological features of Cruciata krylovii (Rubiaceae) in the southern of Krasnoyarsk region. Bot. zhurn. (Moskow & St. Petersburg) 92(2): 263-270 [In Russian]. (Ямских И. Е. Биоморфологические особенности Cruciata krylovii (Rubiaceae) в Красноярском крае // Бот. журн., 2007. Т. 92, № 2. С. 263-270).
Yamskikh I. E., Kutsev M. G., Nefedova O. V. 2016. Morphological and genetics analysis of Stachys sylvatica (Lamiaceae) cenopopulations in the mountains of South Siberia. Turczaninowia 19, 1: 62-71 [In Russian]. (Ямских И. Е. Куцев М. Г., Нефедова О. В. Морфолого-генетический анализ ценопопуляций Stachys sylvatica (Lamiaceae), произрастающих в горах Южной Сибири // Turczaninowia, 2016. Т. 19, вып. 1. С. 62-71. DOI: 10.14258/ turczaninowia.19.1.8.
Yamskikh I. E., Kutsev M. G. 2017. Morphological and genetic analysis of Brunnera sibirica (Boraginaceae) cenopopulation in the Southern Siberia Mountains. Contemporary Problems of Ecology 10(1): 43-51. DOI: 10.1134/ S1995425517010127.
