WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Чистякова Наталья Сергеевна

ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ ПОПУЛЯЦИЙ ДИКОРАСТУЩИХ ЗЛАКОВ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ НА НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗА

(Leymus chinensis, Stipa krylovii, Zizania latifolia)

03.00.05 – Ботаника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Улан-Удэ – 2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО Иркутской государственной сельскохозяйственной академии

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор Илли Иван Экидиусович

Официальные оппоненты: Ольга Александровна Попова,

доктор биологических наук

Милада Викторовна Баханова,

кандидат биологических наук, доцент

Ведущая организация: Сибирский институт физиологии и биохимии

растений СО РАН

Защита состоится «31» марта 2009 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 022. 03 при Бурятском государственном университете (670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а)

Факс (301-2) 21-05-88

E-mail: d 21202203@mail.ru

kaukova@zabspu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке

Бурятского государственного университета

Автореферат разослан «27» февраля 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук Шорноева Н.А.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В Восточном Забайкалье большую роль в создании устойчивой кормовой базы для животноводства традиционно играют степные природные кормовые угодья. Увеличение нагрузок на естественные сенокосы и пастбища при выпасе приводит к ухудшению видового состава биоценозов и снижению их продуктивности. В этой связи, изучение эколого-биологических особенностей дикорастущих злаков позволит сохранить и улучшить естественные кормовые угодья.

Природно-климатические условия Восточного Забайкалья отличаются недостатком тепла и влаги, а также коротким вегетационным периодом, что ограничивает рост и развитие растений. Развитие растений местной флоры шло по пути выработки адаптаций, которые обеспечивают им существование в экстремальных условиях среды. Механизмы этих приспособлений мало изучены. Многочисленные публикации, в том числе и зарубежные (Обручева и др. 1982, 1993, 1997, 2003; Илли, 1982, 1988; Bewley, Black, 1978, 1985) в этой области посвящены культурным растениям, а в отношении дикорастущих видов, особенно Забайкалья, сведений мало. В этой связи, проблема изучения эколого-биологической адаптации дикорастущих злаков Восточного Забайкалья актуальна и ее решение внесет существенный вклад в познание систем адаптационных свойств растений к среде обитания. Это послужит научной основой для сохранения видов, их рационального использования, а также в решении проблемы введения в культуру перспективных дикорастущих растений.

Результатом длительного процесса адаптации злаков к природно-климатическим особенностям региона является видовой полиморфизм. Ранее это было установлено на культурных растениях (Илли, 1989, Илли, Вершинина, 1993, Гончарова, 2004). Впервые были проведены аналогичные исследования по отношению к дикорастущим злакам. Воздействие недостатка тепла и влаги в период формирования зерновки приводит к нарушению пространственной организации роста и развития зародыша и диспропорции накопления запасных веществ в эндосперме, что существенно снижает биологический потенциал продуктивности растений. Предполагается (Илли и др., 1999, Гончарова, 2004, Чистякова, 2006), что данный феномен может передаваться по наследству и закрепляться в потомстве.

Цели и задачи исследований. Основной целью исследований было изучение эколого-биологических особенностей адаптации дикорастущих злаков Восточного Забайкалья к среде обитания и оценка их эколого-биологического статуса (ЭБС).

В этой связи были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать природные сообщества изучаемых злаков; определить семенную продуктивность.

2. Выявить анатомо-морфологические особенности зародышей зерновок исследуемых злаков; установить связь эколого-биологических особенностей дикорастущих злаков с семенной продуктивностью; изучить рост морфологических структур зародышей в зависимости от различной влагообеспеченности.

3. Установить степень анатомо-морфологической сформированности отдельных эмбриональных структур зародышей разных популяционных локусов дикорастущих злаков Восточного Забайкалья.

4. Определить уровень накопления запасных веществ в зерновках разных популяционных локусов злаков и эффективность использования их зародышами в период гетеротрофного питания; изучить особенности интенсивности ростовых процессов у проростков исследованных злаков.

5. Определить критерии и рассчитать параметры оптимального эколого-биологического статуса (ОЭБС) семян для разных популяционных локусов изучаемых злаков; на основе разработанных критериев провести сравнительный анализ ЭБС семян у исследованных злаков.

Научная новизна работы. В предлагаемой работе на большом экспериментальном материале выявлены эколого-биологические особенности адаптации дикорастущих злаков Восточного Забайкалья к среде обитания. Впервые подход к этой проблеме осуществлялся на популяционном уровне – на уровне экотипов разных локусов ценопопуляций. Результаты исследований могут быть использованы в развитии концепции устойчивости растений, и служить научной основой при разработке технологий интродукции дикорастущих злаков. Результаты этих исследований могут быть использованы при составлении флористических кадастров ценных генофондов региона. Также они могут стать научной основой при разработке технологий введения в культуру дикорастущих растений.

Практическое значение. Выявленные эколого-биологические особенности у изученных злаков позволят расширить кормовую базу региона, путем введения в культуру перспективных дикорастущих растений, среди которых особое значение имеют реликтовые и эндемичные виды, а также наиболее эффективно использовать естественные запасы растительных ресурсов, так как сохранение пастбищ и сенокосов возможно только при их рациональном использовании, включающем регулярный выпас и проведение сенокосов в оптимальные сроки.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Внутривидовая гетерогенность особей, особенности развития отдельных морфологических структур зародышей дикорастущих злаков является одним из факторов, влияющих на процессы начального роста проростков. При этом относительно более развитая колеориза и колеоптиль указывает на их адаптивность к ксерофитным условиям Восточного Забайкалья.
  2. Процесс формирования популяций дикорастущих злаков в экологических условиях Восточного Забайкалья сопряжен с нарушением роста и развития зародышей зерновок. Однако, выработанный механизм адаптации растений способствует формированию полноценных зерновок, обеспечивает семенную продуктивность.

Апробация диссертации. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международной научной школе – конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2004, 2007), на региональной научно-практической конференции «Флора, растительность, растительные ресурсы Забайкалья и сопредельных территорий» (Чита; 2005), на международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения В.В. Письяуковой (Санкт-Петербург, 2006), на международной научно-практической конференции «Трансграничье в изменяющемся мире: Россия – Китай – Монголия» (Чита, 2006), на международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: эффективная экономика – благополучное развитие края» (Чита, 2007, 2008), на международной конференции «Биоморфологические исследования в современной ботанике» во Владивостоке (2007).

Публикации. По материалам исследования опубликовано 16 работ.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, иллюстрирована рисунками, таблицами. Состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 4 глав собственных исследований и их обсуждения, библиографического списка, в котором 141 отечественных и 36 иностранных источников. Текст диссертации иллюстрирован 33 рисунками и 29 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор литературы

Глава 1. Механизмы устойчивости растений как основа адаптации

В этой главе обсуждаются механизмы устойчивости растений как основа адаптации к условиям среды. Особое значение обращено на следующие вопросы: адаптация растений как форма проявления надежности и устойчивости, морфологические особенности строения зерновки злаков, физиология прорастания зерновок злаков, запасные вещества и их мобилизация при прорастании, покой как адаптация к условиям среды.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава 2. Условия, объекты и методы исследований

Климатические условия Восточного Забайкалья. В экологических условиях региона наблюдается медленное накопление тепла и недостаточное количество влаги, что влияет на рост и развитие растений: сильное иссушение поверхности почвы замедляет начало вегетации и вызывает угнетение на ранних этапах развития растений.

Особенности современного рельефа и гидротермического режима на территории Восточного Забайкалья обусловили разнообразные условия жизни, способствующие как сохранению в экологических нишах растений прошлых геологических периодов, так и формированию новых форм, хорошо адаптированных к условиям современного климата изучаемого региона.

Методы исследований. Фенологические наблюдения в естественных условиях произрастания злаков и количественный учет проводились на стационарных опытных площадках, расположеных в окрестностях оз. Кенон (Читинский район), а также с. Аргунск и с. Дамасово (Нерчинско-Заводский район) по общепринятой методике И.Н. Бейдеман (1960). Для определения всхожести зерновок и энергии прорастания использовали ГОСТ 12038 – 84. Для оценки скорости прорастания семян использовали формулу Х. Пипера (Pieper, 1909) в изложении Ф.И. Реймерса, И.Э. Илли (1978). Семенная продуктивность определена по методике Т.А. Работного (1969) с некоторыми модификациями И.В. Вайнагий (1974). Для разделения семян изучаемого вида на популяционные локусы использовали метод определения содержания белка в интактных зерновках злаков И.Э. Илли и др. (2004). Всего получено по пятнадцать популяционных локусов каждого вида злаков.

При изучении морфологии формирования зародыша использован метод микроскопического анализа. Анатомические особенности сформированности зародышей злаков определяли на временных препаратах, выполненных по методике изложенной Фурст (1979). Проводили анатомо-морфологические исследования семян при прорастании зерновок в различной влажности субстрата. Измерение структур зародышей злаков проводили методом микроскопии с окулярным микрометром. Для статистической обработки полученных данных, использовали компьютерную программу Microsoft Excel 2000; выборка состояла из 25 зародышей для каждого популяционного локуса.

Рисунки зародышей получены при помощи рисовального аппарата РА-4, микрофотографии корневых волосков сделаны на аппарате «Olimpus» c программным обеспечением «Mekos». Исследования ростовых процессов проводили по методике анализа семян Адер (1965). Для определения силы роста проростков пользовались методикой Лихачева (1990). Определяли интенсивность роста, динамику накопления массы, эффективность использования эндосперма прорастающим зародышем (Строна, 1964). Экспериментальные данные обработаны на IBM PC Pentium IV c использованием статистического пакета Microsoft Excel.

Эколого - биологическая характеристика объектов исследования. Объектами исследований были три вида семейства Poaceae: Leymus chinensis (Trin.) Tzvel. – вострец китайский; Stipa krylovii Roshev. – ковыль Крылова, Zizania latifolia (Griseb.) Tzvel. – цицания щироколистная, водяной рис широколистный.

L. chinensis и S. krylovii принадлежат к кормовым растениям, являясь как пастбищными, так и сенокосными растениями. Z. latifolia в условиях Восточного Забайкалья является редким реликтовым видом. Известны несколько ее местонахождений в пойме р. Аргуни. Цицания имеет существенное кормовое значение.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Глава 3. Особенности семенной продуктивности как результат адаптации к экологическим условиям региона

Изучение семенной продуктивности дикорастущих злаков проводили в течение 2004 – 2006 года. Наблюдения за динамикой численности генеративных особей показали, что они находятся в прямой зависимости от условий увлажнения года.

Таблица 1

Показатели семенной продуктивности у злаков (средние данные за три года)

Элементы продуктивности

L. chinensis

S. krylovii

Z. latifolia

Число особей на 1м2, шт.

8,6±0,6

5,9±0,7

48,8±1,3

Число генеративных побегов у одной особи, шт.

3,2±0,7

3,2±0,6

6,2±1,2

Число цветков на одном генеративном побеге, шт.

40,3±0,7

34,2±1,2

180,1±1,1

Число цветков на одном генеративном побеге, давших семена, шт.

21,5±0,6

14,8±1,1

28,2±1,0

ПСП, %

128,9±11,1

109,44±9,7

595,2±11,3

ФСП, %

68,8±9,4

47,36±7,7

174,8±10,2

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






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