WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Рамазанова Байзанат Абакаровна

структура, ресурсный потенциал дагестанских популяций и филогенетические связи шиповника  острозубого (Rosa oxyodon Boiss.)

03.02.01 ботаника

автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Ставрополь - 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Горном ботаническом саду Дагестанского научного центра Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук,  профессор  Асадулаев Загирбег Магомедович

Официальные оппоненты:

Куркиев Киштили Уллубиевич,

доктор биологических наук,

Дагестанская опытная станция ГНУ ВНИИР им. Н.И. Вавилова РАСХН, ведущий научный сотрудник

Белоус Виктор Николаевич,

кандидат биологических наук, доцент,

ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный университет», кафедра ботаники и фармакогнозии, доцент

Ведущая организация: 

ФГБУН Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина Российской академии наук

Защита состоится «29» мая 2012 г. в 1200 часов на  заседании диссертационного совета Д 212.256.07 при ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина 1, ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный университет», учебный корпус № 2, медико-биолого-химический факультет, аудитория 506.

Факс: (8652)35-70-23; (8652)35-40-33

E-mail: BIODIS.D.07@yandex.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина 1.

Автореферат разослан «28» апреля 2012  г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат географических наук Траутвайн С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования.

Род Rosa L. по оценкам разных систематиков включает от 190 (Wissemann, 2003) до 500 видов, распространенных исключительно в Северном полушарии (Хржановский, 1958; Бузунова, 2001). Существует множество причин, затрудняющих разграничение видов и создание стабильной системы вышеназванного рода. Это связано со слабыми морфологическими и генетическими различиями между видами, внутривидовым полиморфизмом, способностью многих видов к гибридизации, распространенностью полиплоидии, наличием сбалансированной гетерогамии (Шанцер, 2011).

Изложенное в полной мере относится и к виду Rosa oxyodon Boiss., который отличается сложной биосистематикой и сильной изменчивостью по всем морфологическим признакам  (Колобов, 1985; Бузунова, Камелин, 2004).

Этот вид входит в древнюю группу видов родства R. oxyodon Boiss. s. l., включающую R. oxyodon, R. prokhanovii Galushko и R. sosnovskyana Tamamsch., характеризуется экологической пластичностью и жизнестойкостью, что делает его интересным объектом для популяционных и биоэкологических исследований. 

Важной остается проблема сохранения биоразнообразия флоры территорий с участием популяций эндемичных растений, приспособленных к определенным условиям существования и составляющих уязвимую часть региональных флор (Холина, 2005). R. oxyodon  – кавказский эндемик, мезоксерофит,  приуроченный к среднему и верхнему горному поясу (Юзепчук, 1941; Хржановский, 1958; Колобов, 1985; Бузунова, Камелин, 2004), который рекомендован к охране на территории Республики Ингушетия (Добриева и др., 2009) и Чеченской Республики (Красная книга Чеченской Республики, 2007).

Таким образом, проведение комплексных исследований ресурсного, репродуктивного потенциала и различных аспектов популяционной структуры R. oxyodon, включая молекулярно-генетический анализ, в условиях Дагестана является актуальным.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было изучение структуры и ресурсного потенциала популяций, изменчивости вегетативных и генеративных органов, а также выявление возможных путей возникновения R. oxyodon с использованием молекулярных методов.

Исходя из этого решались следующие задачи:

  • изучить структуру, ресурсный потенциал природных популяций и особенности размножения R. oxyodon ;
  • оценить межпопуляционную изменчивость по морфологическим признакам вдоль высотного градиента;
  • изучить изменчивость природных популяций R. oxyodon с использованием молекулярно-генетических методов и выявить возможный путь видообразования.

Основные положения, выносимые на защиту:

- R. oxyodon – единый полиморфный кавказский эндемик гибридогенного происхождения;

- структурные особенности популяций R. oxyodon являются отражением экологического потенциала вида в различных условиях рельефа Горного Дагестана;

- побеги формирования представляют основу биоморфологической организации парциальных структур и возрастного спектра популяций R. oxyodon;

- вегетативная подвижность кустов и высокий потенциал плодовитости при низком коэффициенте  семенной продуктивности являются основой пространственно-временной динамики популяций R. oxyodon;

- вклад высотного градиента в формирование изменчивости и адаптивных проявлений признаков плода и стабильности признаков семян.

Научная новизна работы. Впервые в условиях Горного Дагестана выявлена возрастная, биоморфологическая, пространственная, виталитетная структурная организация и особенности системы размножения популяций R. oxyodon. Определены пределы изменчивости и устойчивости морфологических признаков вегетативных органов, а также закономерности влияния высотного фактора на изменчивость признаков генеративных органов. Установлено, что R. oxyodon представляет собой относительно молодой полиморфный вид, имеющий гибридогенное происхождение.

Практическая значимость работы. Полученные результаты дают представление об экологической пластичности и возможном происхождении R. oxyodon. Использованные методы могут применяться для изучения природных популяций различных видов древесных растений. Результаты популяционных исследований R. oxyodon могут служить основой для проведения селекционных работ.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на Международных конференциях «Биологическое разнообразие Кавказа» (Махачкала, 2007), «Биологические и гуманитарные ресурсы развития горных регионов» (Махачкала, 2009); на совместной научной сессии Прикаспийского института биологических ресурсов ДНЦ РАН и Горного ботанического сада ДНЦ РАН «Биологическое разнообразие и управление биологическими ресурсами экорегиона Восточного Кавказа» (Махачкала, 2010); на конференции, приуроченной к 80-летию со дня рожденья В.Н. Тихомирова (Москва, 2012). Результаты работы представлены в ежегодных отчетах Лаборатории интродукции и генетических ресурсов древесных растений (2008-2011 г.г.) и на расширенном заседании Ученого совета Горного ботанического сада ДНЦ РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе одна в рецензируемом ВАК издании.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 134 страницах, содержит 28 таблиц и 10 рисунков. Библиографический список включает 232 наименования, 60 из которых на иностранном языке.

Работа выполнена в Лаборатории интродукции и генетических ресурсов древесных растений Федерального бюджетного государственного учреждения науки Горного ботанического сада Дагестанского научного центра РАН. Молекулярные исследования проведены при поддержке гранта РФФИ 10-04-90814_моб_ст (2010г.).

Благодарности. Автор выражает особую благодарность научному руководителю, д.б.н., профессору З.М. Асадулаеву, д.б.н. И.А. Шанцеру за научно-методическую консультацию в постановке экспериментов и предоставленный материал. Приношу благодарность сотрудникам Горного ботанического сада ДНЦ РАН за помощь в проведении работы.

Глава I. Анализ рода Rosa L. во флоре Дагестана и методы оценки  внутривидовой изменчивости

В главе обсуждается систематика рода Rosa. Дается история изучения дагестанских видов, анализируется их географическое распространение, таксономическое положение и фитоценотическая приуроченность. Рассмотрены методы, касающиеся исследования внутривидовой изменчивости морфологических признаков. Приводится характеристика наиболее распространенных маркеров ДНК, применяемых в популяционной генетике.

Глава II. Физико-географические условия, материал и методы

Объектами исследований послужили природные популяции R. oxyodon, произрастающие в Горном Дагестане.

В главе представлена физико-географическая характеристика мест произрастания изученных популяций R. oxydon.

Биоморфологическое описание структуры куста R. oxyodon проводили согласно классификациям М.Т. Мазуренко, А.П. Хохрякова (2010).

При выделении возрастных групп пользовались классификацией Т.А. Работнова (1950), индексацией  А.А. Уранова (1975), а также специальными методами, наиболее полно разработанными в отношении разных видов шиповника в работах Г.А. Надоховской (1990) и В.Д. Стрельца (2000). Для определения типа популяции использовалась классификация «дельта-омега», предложенная Л.А. Животовским (2001).

Для определения урожайности и ресурсного потенциала проводился прямой учет сырой массы всех плодов R. oxyodon с 1м2 учетных площадок. При оценке экплуатационного ресурсного потенциала также учитывался уровень доступности местности (Асадулаев, Садыкова, 2011) и категория заросли (Кузнецова, Клязника, Шретер и др, 1974)

Содержание витамина С определялось титриметрическим способом согласно ГОСТу 24556-89.

Для изучения процессов самофертильности и самостерильности проводили изоляцию рыхлых бутонов мешочками из флезилина с использованием методики И.А. Шанцера (2006).

Изучение изменчивости проводили по количественным признакам листьев и плодов с учетом методических разработок Л.Ф. Семерикова (1981), С.А. Мамаева (1973), Н.С. Ростовой (2002).

Для статистической обработки данных применялась программа Statistica 5.5 и пакет офисных программ «Microsoft – 2003» (Excell) с использованием  приемов  корреляционного, дисперсионного, регрессионного и дискриминантного анализов.

Объем выборки для исследования полиморфизма ДНК составил 69 образцов. Выделение ДНК из высушенных листьев проводили СТАВ-методом (Doyle, Doyle, 1987). Для изучения полиморфизма были использованы  8 праймеров (М1, М2,  М3,  М4,  М8, М9, UBC840, UBC855), отобранных после предварительного скрининга. Разделение ПЦР-продуктов  проводили с помощью электрофореза в 1,7% агарозном (Amresco Inc., США) геле в 0,5-крантном трис-боратном буфере с окрашиванием бромидом этидия (0,5 мкг/мл) при 90В и фотографировали с помощью гель-документирующей системы UVP. Полученные фотографии гелей анализировали в программе Cross Cheker 2.91 (Buntjer, 2000). В результате анализа была получена бинарная матрица присутствия/отсутствия фрагментов одинаковой длины, которая подвергалась дальнейшему анализу. Матрица, построенная по молекулярным данным, была предварительно проанализирована в Microsoft Excel, а затем методом главных координат в программе PAST (Hammer et al., 2001). Анализ популяционной структуры и оценку вероятности гибридной природы образцов проводили методом Байеса в программах  STRUCTURE 2.2 (Pritchard, Stephens, Donnelly. 2000; Falush et al., 2007) и NewHybrids (Anderson, Thompson. 2002).

Объем выборки для анализа хлоропластной ДНК составил 48 образцов, у которых была секвенирована последовательность хлоропастного межгенного спейсера trnL-trnF. Для этого использовали праймеры, опубликованные в статье Tom Fr & al. (Tom Fr at al., 2007), и синтезированные в ПКЗАО «Синтол» (Москва). Секвенированные последовательности хлоропластного спейсера trnL-trnF были выровнены вручную в программе BioEdit v7.0.5 (Hall, 1999). Расчетная сетка гаплотипов была создана с помощью программы TCS (Clement, Posada, Crandall, 2000), которая создает гаплотипную сеть с минимальным количеством шагов.

Глава III. Структурные и репродуктивно-ресурсные особенности ценопопуляций Rosa oxyodon Boiss. Горного Дагестана

В главе приводятся особенности биоморфологической, возрастной, пространственной организации  парциальной структуры и особенности системы размножения популяций R. oxyodon.

3.1. Парциальная структура кустов и возрастной спектр ценопопуляций

R. oxyodon характеризуется парциальной биоморфологической системой полицентрического типа, и в качестве элемента структуры популяции предлагается система побега формирования (СПФ). В жизненном цикле СПФ R. oxyodon согласно периодизации Т.А. Работнова (1950), А.А. Уранова (1975)  выделено 6 возрастных состояний, относящихся к трем периодам: предгенеративный, генеративный и постгенеративный.

Возрастной спектр ценопопуляций R. oxyodon во Внутреннегорном Дагестане

Изучение возрастной структуры проводилось в 5-ти ценопопуляциях: Гунибская 1, Гунибская 2, Дарада-Мурадинская, Чародинская, Тлядальская. Все изученные ценопопуляции отнесены к нормальным, неполночленным, так как нами не обнаружены проростки, ювенильные и имматурные растения (табл. 1).

Таблица 1

Возрастной спектр и демографические характеристики ценопопуляций  R. oxyodon

Ценопопуляции

Возрастные состояния,%

Тип популяции

v

g1

g2

g3

ss

s

Гунибская 1

31,7

24,4

12,2

19,5

2,4

9,8

0,4

0,6

Переходная

Гунибская 2

32,0

18,0

12,0

12,0

16,0

10,0

0,5

0,6

Переходная

Дарада-Мурадинская

51,0

14,2

5,0

0,7

20,6

8,5

0,4

0,5

Переходная

Чародинская

23,4

36,4

9,1

20,8

9,1

13,0

0,4

0,7

Зрелая

Тлядальская

47,7

9,2

20

7,7

10,8

4,6

0,4

0,6

Переходная

Примечание: - индекс возрастности

- энергетическая эффективность популяции

Согласно классификации «дельта-омега» чародинская ценопопуляция классифицирована как зрелая (=0,4, =0,7), а гунибская-1, гунибская-2, дарада-мурадинская и тлядальская ценопопуляции – как переходные (рис.1).

На основе средней величины процентного участия каждой возрастной группы  базовый спектр R. oxyodon является неполночленным (отсутствуют проростки, ювенильные и имматурные растения), мономодальным, левосторонним с максимумом, приходящимся на виргинильное состояние (рис. 1). Образование абсолютного максимума в левой части спектра R. oxyodon мы объясняем цикличностью пробуждения ПФ в куртинах и молодостью ценопопуляций.

Рисунок 1. Базовый возрастной спектр ценопопуляций R. oxyodon.

Пространственное распределение куртин R. oxyodon и их плотность

Самоподдержание исследованных ценопопуляций R. oxyodon осуществляется преимущественно вегетативно.

Все исследованные нами куртины в ценопопуляциях характеризуются различной плотностью побегов, которая колеблется значительно от 8,2 до 28,2 экз./м2 (табл. 2).

Таблица 2

Плотность куртин и морфометрическая характеристика кустов R.oxyodon

ЦП

Плотность,

экз/м2

Высота

куста, см

Диаметр

куста, см

Среднее кол-во побегов на куст

Урожайность, г/м2

живых

мертвых

Гунибская 1

8,2

131,1

+8,66

68,7

+4,36

4

2

89,6+23,59

Гунибская 2

10,0

200,2

+4,51

129,5

+7,51

5

3

99,8+25,61

Дарада-Мурадинская

28,2

120,0

+8,71

31,0

+4,08

3

4

36,4+12,28

Чародинская

15,4

189,0

+7,73

92,7

+8,04

4

1

347,8+57,12

Тлядальская

13,0

147,0

+5,84

57,5

+7,91

3

1

47,57+6,58

Нами показано, что увеличение биометрических показателей кустов при снижении их плотности или, вернее, снижение плотности куртины при увеличении мощности кустов связано с почвенным плодородием и их конкурентным взаимодействием.

3.2. Репродуктивная и ресурсная оценка ценопопуляций

Анализ продуктивности исследованных ценопопуляций R. oxyodon показал, что при заготовке плодов необходимо учитывать не только место произрастания над уровнем моря, но возрастную структуру и плотность популяции. Более ценными для заготовки сырья можно считать нормальные ценопопуляции, в которых преобладают побеги генеративного состояния.

Изучен запас плодов R. oxyodon вдоль р. Карал-ор  на площади 742 га по высотному градиенту с 1425 м над ур.м. до 1820 м над ур.м. Общая площадь, занятая куртинами этого вида в указанном ущелье, составляет примерно 8% или 59,4 га. Доступный эксплуатационный потенциал плодов R. oxyodon вдоль р. Карал-ор составил 2,22 тонны.

Семенная продуктивность и качество семян

Изоляция бутонов R. oxyodon показала, что процент образования плодов в результате самоопыления и гейтоногамии равен нулю, в то время как развитие плодов в контрольном варианте происходило нормально. Это характеризует R. oxyodon как строгий самонесовместимый перекрестноопыляемый вид. В естественных условиях этот вид образует достаточное количество семян, обеспечивающих потенциальную возможность для семенного самоподдержания популяций.

Всхожесть семян

Для оценки качества семян, извлеченных из плодов в разные сроки, применены различные способы их предварительной обработки (табл. 3).

Таблица 3

Прорастание семян при различных способах их предпосевной обработки

Стратификация и тепловая обработка

Всхожесть %

Обработка кислотой без стратификации

Всхожесть %

Без обработки и стратификации

Всхожесть %

Промораживание семян в течение 9 дней при -150С

15

5% раствор H2SO4 в течение 30 минут

1

Семена  из полузрелых плодов

4

Ошпаривание кипятком после предварительного промораживания в течение 9 дней при -150С

4

10%  раствор H2SO4 в течение 30 минут

12

Семена из зрелых плодов

0

Ошпаривание кипятком

15

5% раствор HCl в течение 30 минут

33

Полузрелые плоды

0

Стратификация без обработки (контроль)

0

10% раствор HCl в течение 30 минут

0

Зрелые плоды

0

В целом всхожесть семян R. oxyodon оказалась относительно низкой и колеблется от 0% до 33%. Наибольшая длительность стратификации, которой были подвергнуты семена R. oxyodon, составила 16 месяцев – 4 месяца в холодильнике при температуре +50С и 12 месяцев в песке в естественных условиях. Наиболее эффективным способом предпосевной обработки семян является скарификация 5% раствором HCl в течение 30 мин.

Глава IV. Изменчивость морфологических признаков листьев и плодов Rosa oxyodon Boiss.

В главе обсуждены результаты изучения структуры изменчивости признаков вегетативных и генеративных органов R.oxyodon, в том числе комплекса признаков плода вдоль высотного градиента в условиях Внутреннегорного Дагестана.

4.1. Структура изменчивости признаков вегетативной и генеративной сферы R.oxyodon гунибской популяции

Максимальные значения признаков листа отмечены в выборках на северо-западном и северо-восточном склонах, а минимальные в выборке на северном склоне. Признаки плода наоборот минимальны у растений, произрастающих в выборке на северо-западном склоне, а максимальные показатели характерны для выборок на юго-восточном, юго-западном и северо-восточном склонах. Несмотря на различия по признакам плода, вес орешка во всех площадках одинаковый и составляет 0,02 гр. 

Наиболее вариабельными признаками во всех выборках оказались число и масса орешков. Средний уровень изменчивости характерен для массы плода, массы гипантия, массы орешка, длины плодоножки, ширины листа и ширины листочка. Наименее изменчивыми во всех выборках, т.е. генетически более стабильными, оказались длина и диаметр орешка, длина и диаметр плода, индекс листочка. Некоторое смещение значений уровня изменчивости каждого признака наблюдается у объединенной выборки: низкой и стабильной изменчивостью характеризуются линейные признаки плода, орешка, индекса листочка, а линейные признаки листа приобрели более высокие значения. 

При сопоставлении размаха изменчивости и уровня детерминированности основных 16 признаков в выборках из разных мест выявлена согласованная их изменчивость. Наиболее информативными признаками-индикаторами являются масса плода и масса гипантия, а также в четырех из пяти выборок число и масса орешков, которые являются наиболее изменчивыми и сильнее всего коррелируют с условиями произрастания кустов. Они являются индикаторами адаптивной изменчивости организма.  Во всех выборках менее изменчивы по сравнению с предыдущей группой признаков линейные признаки листа, в частности длина листа. Самыми стабильными оказались признаки орешка – «длина» и «диаметр», а также «длина плода». Наиболее широкий размах и незначительная детерминированность характерны для длины плодоножки и массы орешка. Наиболее информативными оказались признаки, обуславливающие адаптивную изменчивость: признаки листа (за исключением ширины листочка), а также диаметр плода, масса плода и масса гипантия.

Кластерный анализ по исследуемым морфологическим признакам разделил выборки на три группы (рис.2).

Первый кластер образован выборками с северо-западного и северо-восточного склонов. Второй кластер образован выборками с юго-западного и юго-восточного склонов. Третий кластер представлен выборкой с северного склона. Обособление этих выборок вероятно связано со сходством микроусловий обитания (в частности с экспозициями склонов), что сказывается на морфологических признаках. 

Рисунок 2. Дендррограмма сходства популяций R. oxyodon

4.2. Изменчивость признаков плода R.  oxyodon вдоль высотного градиента

Популяции R. oxyodon по признакам генеративных органов вдоль высотного градиента характеризуются неоднородностью. Наименьшие значения имеют признаки популяции из окр. с. Цудахар и окр. с. Дарада-Мурада, произрастающие на высотах 1100 и 1400 м над уровнем моря. Максимальные значения средних показателей отмечены в популяции с. Урух-Сота  по 6 признакам (диаметр плода, масса плода, число орешков, масса орешков, масса гипантия, длина орешка) и в популяции с. Сумета по 4 признакам (длина плода, длина орешка, диаметр орешка, масса орешка). Обе эти выборки расположены в Высокогорном сланцевом Дагестане на высотах 1820  и 1711 м над уровнем моря. Число и масса орешков достигают своего максимального значения в популяции из с. Урух-Сота и минимального в популяции из с. Дарада-Мурада.

Сопоставление значений коэффициентов вариации каждого из изученных признаков позволило выявить некоторые закономерности и тенденции. Во всех популяциях на низком уровне варьируют длина и диаметр орешка. Такой же низкий уровень вариации сохраняется и на объединенном уровне. Низкой и средней изменчивостью характеризуются длина и диаметр плода. Колебания уровня изменчивости от средней до повышенной наблюдаются по длине плодоножки и массе орешка. Более высокий уровень изменчивости характерен для весовых признаков – «масса плода» и «масса гипантия». Очень высокие значения коэффициента вариации наблюдаются во всех исследованных популяциях по числу и массе орешков. В общей выборке все изученные признаки плода можно разделить на следующие группы изменчивости:  низкой – длина и диаметр орешка; средней – длина и диаметр плода; повышенной – длина плодоножки и масса орешка; высокой – масса плода, масса гипантия; очень высокой – число и масса орешков.

Результаты дисперсионного анализа показали высокий уровень достоверности различий всех учетных признаков. Максимальный вклад во внутрипопуляционную изменчивость вносят длина плодоножки и длина плода.

При анализе структуры изменчивости признаков учитывалась также модель линейной регрессии по степени влияния высотного градиента. В таблице 4 приведены результаты, отражающие вклад межгрупповых компонентов дисперсии в общую вариабельность признаков: h2 – доля влияния неучтенных экзогенных факторов – для однофакторной модели, r2 – коэффициент детерминации – для модели с учетом линейной регрессии (Афифи, Эйзен, 1981), а также rxy – коэффициент корреляции между высотой над уровнем моря и величинами измеренных признаков.

Таблица 4

Корреляции и влияние высотного фактора с учетом модели линейной регрессии (в%)

Признаки

rxy

r2

h2

длина плодоножки

-0,08

0,7

7,2

длина плода

0,27

7,3

9,5

диаметр плода

0,46

21,2

34,1

масса плода

0,54

29,2

42,3

число орешков

0,25

6,3

30,7

масса орешков

0,33

10,9

41,9

масса гипантия

0,55

30,3

37,9

длина орешка

0,20

3,9

6,1

диаметр орешка

-

-

4,5

масса орешка

0,22

4,6

25,9

Исходя из полученных данных, наиболее сильное влияние высотного фактора обнаружено на массу гипантия (r2=30,5%), массу плода (r2=29,16%) и на диаметр плода (r2=21,16). Не выявлено действие высотного фактора на диаметр орешка (рис. 3).



Рисунок 3. Влияние высотного градиента на диаметр орешка.

Для более точного разграничения исследуемых выборок со сложной перекрывающейся изменчивостью был применен дискриминантный анализ  (Меницкий, 1968; Пименов, 1987). Проведенный анализ не выявил достаточно четких различий по комплексу исследованных морфологических признаков. Суммарная точность классификации составила 61,20%. На рисунке 4 показано расположение объектов в пространстве двух канонических корней по итогам дискриминантного анализа.

Рисунок 4. График рассеивания объектов в пространстве двух канонических корней.

Характер расположения объектов позволяет предположить, что вдоль первой оси они расположены согласно общей оптимизации климатических и почвенных условий. Так, выборки из окр. с. Цудахар, окр. с. Дарада-Мурада и окр. с. Гуниб произрастают во Внутренегорном Дагестане на горнолуговых почвах на известняках. Выборки из окр. с. Сумета и окр. с. Урух-Сота, произрастают в Высокогорном Дагестане, на темно-бурых почвах на сланцах. Разброс показателей и расположение выборок вдоль второй оси отражает разнообразие условий внутри экотопов, в том числе и по влажности почвы.

Глава V.  Молекулярно-генетическая изменчивость Rosa oxyodon Boiss. на Кавказе

5.1. Полиморфизм R. oxyodon  по ISSR-маркерам

Надежное различение видов R. oxyodon, R. prokhanovii и R. sosnovskyana затруднено из-за значительной изменчивости диагностических морфологических признаков (Хржановский 1958, Колобов, 1983; Бузунова, Камелин, 2004). Было проанализировано 69 образцов.

У всех образцов было изучено 42 морфологических признака: 11 количественных и 31 качественный признак. Результаты анализа методом главных координат по всем учтенным признакам показаны на рисунке 5. 

  – R. prokhanovii

– R. sosnovskyana

– R. oxyodon

Рисунок 5. Результаты анализа методом главных координат по 42 морфологическим признакам для 57 образцов:

Как видно из представленных данных все группы перекрываются.

Анализ, проведенный только по качественным признакам с использованием Евклидового расстояния, позволяет разделить исследованные образцы на две группы рис.6.  Как видно из диаграммы разброса выделяется группа R. sosnovskyana, в то время как R. prokhanovii и R. oxyodon частично перекрываются. Эти же образцы были изучены в отношении полиморфизма ISSR маркеров. В результате реакций, проведенных  с 8 праймерами, было получено 115 маркеров, которые оказались потенциально информативными. Анализ матрицы присутствия/отсутствия ампликонов одинаковой длины методом главных координат в программе PAST с использованием дистанции Хамминга показывает, что выделение видов R. sosnovskyana, R. prokhanovii и R. oxyodon невозможно. Также нами был проведен прямой подсчет ампликонов для отдельных видов (R. sosnovskyana, R. prokhanovi, R. oxyodon).  При этом ни одна из групп не обладала специфическими маркерами.

– R. prokhanovii 

  – R. sosnovskyana

  – R. oxyodon

Рисунок 6. Результаты анализа методом главных координат по качественным признакам  для 57 образцов

Анализ в программе Structure 2.2 методом Байеса в двух повторностях дал следующие значения логарифма апостериорной вероятности lnP(D) для априорно заданных значений К – числа генетических групп (табл. 5). 

Таблица 5

Значения логарифма апостериорной вероятности lnP(D)

Число генетических групп, К

1

2

3

4

lnP(D)

-4781,8

-4396,1

-4394,6

-4673,5

Максимальное значение логарифма апостериорной вероятности было получено для числа групп К=3, то есть с максимальной вероятностью данные образцы могут быть разделены на три группы. Для генетических групп был проведен подсчет ISSR маркеров, который показал, что у всех групп отсутствуют специфические маркеры. Все они достаточно полиморфны.

5.2. Филогенетические связи вида R. oxyodon.

Были секвенированы последовательности хлоропластного спейсера trnL-trnF из 44 образцов R. oxyodon с Северного Кавказа, 30 образцов R. majalis с восточноевропейской равнины, 2 образцов R. donetzica и 3 образцов R. pendulina из Австрии и Словении. В исследование были также включены данные Fr et al. (2007) по 45 образцам R. pendulina из Центральной и Южной Европы, взятые из GenBank. Длина выравнивания составила 293 позиции. В итоге было выявлено 18 гаплотипов, семь из которых представляли собой гипотетические вымершие. Остальные гаплотипы распределились следующим образом:

1) R. pendulina: A, B, C, D, E;

2) R. majalis: F, L, M;

3) R. oxyodon: A, F, G, H, I;

4) R. donetzica: E, F.

Генеалогические отношения между гаплотипами показаны на рисунке 7. Для R. oxyodon характерны гаплотипы A и F. Гаплотип F широко распространен в популяциях  R. majalis по всей Восточной Европе. Гаплотип A встречается у подавляющего большинства растений в Карпатских популяциях R. pendulina. В тоже время, у R. oxyodon встречаются и редкие гаплотипы, H (производный от A) и G и I (производные от F). Такое распределение гаплотипов у трех рассматриваемых видов, в том числе и дизъюнкции в распространении гаплотипа A между Карпатами и Северным Кавказом, позволяет предположить гибридогенное происхождение R.oxyodon в результате множественных реципрокных гибридных контактов между R. pendulina и R. majalis (Шанцер, Абакарова, 2012).

Рис.7. Генеалогическая сеть гаплотипов хлоропластного спейсера trnL-trnF, встречающихся у R. pendulina (pe), R. majalis (ma), R. oxyodon (ox) и R. donetzica (цит. по: Шанцер, Абакарова, 2012).

Примечание: гаплотипы, распространенные в популяциях каждого из трех первых видов очерчены пунктирными рамками. Буквами A–I обозначены гаплотипы, размер круга пропорционален числу растений, у которых данный гаплотип был встречен. Маленькими, не подписанными, кружками обозначены гипотетические промежуточные гаплотипы, не встречающиеся в изученной выборке.

ВЫВОДЫ

  1. Популяции R. oxyodon характеризуются полицентрическим типом биоморфы, при котором в качестве структурного элемента выступают побеги формирования. Возрастная структура дагестанских популяций R. oxyodon является неполночленной, нормальной, базовый возрастной спектр также неполночленный мономодальный, левосторонний с максимумом, приходящимся на виргинильные побеги. Все популяции характеризуются стабильным состоянием, которое определяется способностью R. oxyodon к неопределенно долгому самоподдержанию путем вегетативного размножения.
  2. По репродуктивным особенностям R. oxyodon характеризуется как строгий самонесовместимый энтомофил с низким показателем коэффициента продуктивности, но высоким потенциалом плодовитости, обеспечивающим стабильное семенное возобновление вида. Семена R. oxyodon характеризуются комбинированным и продолжительным типом покоя. Наиболее эффективным способом, обеспечивающим всходы семян является скарификация семян обработкой 5% раствором НCl в течение 30 мин (33%).
  3. В природных популяциях R. oxyodon  установлена значительная изменчивость изученных морфологических признаков, что свидетельствует о высокой фенотипической пластичности вида. Определяющим фактором изменчивости признаков R. oxyodon внутри популяции является специфика экологических ниш. В структуре вегетативных и генеративных признаков R. oxyodon выделена группа индикаторов адаптивной изменчивости – масса плода, число и масса орешков, масса гипантия; группа биологических индикаторов – длина листа, ширина листа, длина листочка, ширина листочка и группа таксономических признаков – индекс листочка, длина и диаметр плода, длина и диаметр орешка.
  4. Установлено достоверное влияние высотного фактора на признаки плода. С набором высоты имеют тенденцию к увеличению масса гипантия,  длина, диаметр и масса плода, число и масса орешков, что объясняется оптимизацией условий для существования вида. С высотой над уровнем моря улучшаются и ресурсные показатели популяций. Наиболее продуктивные массивы R. oxyodon обнаружены вдоль реки Карал-Ор Высокогорного Дагестана. Доступный сбор плодов здесь на площади 59,4 га составляет более 2,22 тонн.
  5. Анализ морфологических признаков видов группы родства R. oxyodon, которая включает R. oxyodon, R. prokhanovii и R. sosnovskyana методом главных координат показал невозможность их строгой дифференциации как самостоятельных и равнозначных видов. Такой же результат получен при анализе полиморфизма 115 ISSR-маркеров молекулярно-генетическими методами. Полученные результаты  не дают оснований  для выделения их  в качестве самостоятельных видов и, вероятно,  представляют  R. oxyodon,  как один морфологически полиморфный вид, довольно широко представленный на Кавказе. 
  6. Выявление генетических связей с родственными видами  R. pendulina, R. majalis и R. donetzica и путей происхождения кавказского эндемика R. oxyodon с использованием молекулярно-филогенетических методов позволяет предположить гибридогенное происхождение вида в результате множественных реципрокных скрещиваний между R. pendulina и R. majalis.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

  1. Абакарова Б.А. Интродукция представителей рода Rosa L. секции Cinnamomeae DC на Гунибском плато // Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале XXI века. Ч. 6. Петрозаводск. 2008. С. 167-168.
  2. Абакарова Б.А., Абдуллаева Э.А. Дикорастущие виды рода Rosa L. в Дагестане // Труды Дагестанского отделения Русского ботанического общества, Махачкала. 2008. В. 1. С. 25-28.
  3. Абакарова Б.А., Асадулаев З.М. Изменчивость морфологических признаков плодов Rosa oxyodon Boiss. вдоль высотного градиента // Современное состояние и пути развития популяционной биологии. Ижевск. 2008. С. 220-222.
  4. Абакарова Б.А. Изменчивость некоторых признаков биоморфы Rosa oxyodon Boiss. // Научные и методологические проблемы современного биологического ресурсоведения. Махачкала. 2008. С. 254-258.
  5. *Абакарова Б.А., Асадулаев З.М. Внутрипопуляционная изменчивость признаков Rosa oxyodon Boiss. на Гунибском плато // Юг России. Махачкала. 2008. С. 42-46.
  6. Абакарова Б.А., Асадулаев З.М. Структура изменчивости морфологических признаков Rosa oxyodon Boiss. // Биологическое разнообразие Кавказа. Назрань. 2009. С. 57-59.
  7. Абакарова Б.А. Хорологический анализ шиповников Дагестана //  Биологические и гуманитарные ресурсы развития горных регионов. Махачкала. 2009. С. 48-54.
  8. Абакарова Б.А., Асадулаев З.М. Возрастная структура ценопопуляций Rosa oxyodon Boiss. во Внутренегорнгом Дагестане // Биологическое разнообразие и управление биологическими ресурсами экорегиона Восточного Кавказа. Махачкала. 2010. С. 50-54.
  9. Абакарова Б.А., Асадулаев З.М.  Продуктивность Rosa oxyodon  на Гунибском плато // Биоразнообразие флоры и фауны Дагестана. Махачкала. 2012. С. 8-10.
  10. Шанцер И.А., Абакарова Б.А. Происхождение Rosa oxyodon и плейстоценовые контакты между Карпатами и Кавказом // Биогеография: методология, региональный и методологический аспекты. Москва. 2012. С. 248-252.

* входит в перечень научных изданий, утверждённых ВАК России и рекомендуемых для публикаций основных научных результатов.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.