Сравнительный анализ эколого-биологического статуса семян у популяционных локусов дикорастущего злака Stipa krylovii Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Литература

1. Бадмаева Н.К. Семейство Poaceae (Gramineae) Злаковые: учеб-метод, пособие / Н.К. Бадмаева, Б.Б. Намзалов. - Улан-Удэ: Изд-во Бурят, гос. ун-та, 2004. 126 с.

2. Бобров А.Е. Споры папоротникообразных и пыльца голосеменных и однодольных растений флоры европейской части СССР / А.Е. Бобров, JI.A. Куприянова, М.В. Литвинцева, В.Ф. Тарасевич - Л. : Наука, 1983. - 208 с.

3. Грубов В.И. Определитель сосудистых растений Монголии. — Л.: Наука, 1982. - 442 с. (с. 28-49).

4. Пунсалпаамуу Г. Морфологичесие особенности пыльцевых зёрен некоторых злаковых / Г. Пунсалпаамуу, Т. Мен-хзул // Журнал института естественных наук. - Улан-Батор, 2008. - МГУО. - №1. - С. 90-96.

5. Пунсалпаамуу Г. Пыльцевые зерна и мёд. - Улан-Батор, 2001. - С. 22-25.

Г. Пунсалпаамуу, Монгольский государственный университет образования, г. Улан-Батор, Монголия

Ц. Гэгээнсувд, Институт археологии, Германия.

Т. Менхзул, Монгольский государственный университет образования, г. Улан-Батор, Монголия

Д. Золбаяр, Институт ботаники, г. Улан-Батор, Монголия

Д. Сайндовдон, Монгольский государственный университет, г. Улан-Батор, Монголия

Б. Сангидорж, доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией аллергологии дерматологического центра Минздрава Монголии, г. Улан-Батор. E-mail: sangidori [email protected]

G. Punsalpaamuu, Mongolian State University of Education, Ulaanbaatar, Mongolia

C. Gegeensuvd, Institute of Archaeology, Germany.

T. Menhzul, Mongolian State University of Education, Ulaan-Baator, Mongolia

D. Zolbayar, Institute of Botany, Ulan Bator, Mongolia

D. Sayndovdon, Mongolian State University, Ulaan-Baator, Mongolia

B. Sangidordzh - head of the laboratory of allergology, dermatology center, Ministry of Health of Mongolia, Ph.D., professor. Ulaan-Baator. E-mail: sangidori [email protected]

УДК 582.542.1:581.48

H.C. Чистякова, Н.П. Ларина, T.T. Тайсаев

Сравнительный анализ эколого-биологического статуса семян у популяционных локусов дикорастущего злака Stipa krylovii

В статье рассматриваются эколого-биологические особенности адаптации Stipa krylovii к среде обитания на основании оценки его эколого-биологического статуса (ЭБС). Установлена степень анатомо-морфологической сформированное™ отдельных эмбриональных структур зародышей, определен уровень накопления запасных веществ в зерновках и эффективность использования их зародышами в период гетеротрофного питания; изучены особенности интенсивности ростовых процессов у проростков.

Ключевые слова: эколого-биологический статус, популяционные локусы, адаптация, анатомо-морфологические показатели, ростовые показатели, биохимические показатели.

N.S. Chistyakova, N.P. Larina, T. T. Taisaev

The ecological and biological comparative analysis of seeds in population loci of wild cereals Stipa krylovii

In the article Stipa krylovii adaptative characteristics to habitat are analysed on the basis of their ecological and biological status assessement (EBS). The degree of anatomic and morphological formation of separate embryologie structures of germs has been revealed, the level of reserve substances accumulation in cereals and their effective usage by germs during heterorotrophic feeding have been determined. The characteristics of the intensity of sprouts’ growth process have been studied.

Keywords: ecological and biological status, population loci, adaptation, anatomic and morphological indices, growth indices, biochemical characteristics.

Процесс формирования растений в экологических условиях Восточного Забайкалья сопряжен с нарушением пространственной организации роста и развития зародышей зерновок, диспропорциями накопления запасов в эндосперме, что существенно снижает процессы начального роста проростков. Предполагается, что данный феномен может передаваться по наследству и закрепляться в потомстве.

Объектом исследований был представитель семейства Poaceae — Stipa krylovii Roshev. ковыль Крылова, являющийся эдификатором равнинных и нагорных степей и имеющий существенное кормовое значение.

Анализ литературных данных, касающихся рассматриваемого вида, показал практически полное отсутствие научных сведений относительно этой проблемы. Поэтому наше исследование, которое проводилось впервые, является особенно актуальным. Основной его целью было изучение экологобиологических особенностей адаптации Stipa krylovii к среде обитания на основании оценки его эко-лого-биологического статуса (ЭБС).

В этой связи были поставлены следующие задачи:

1. Установить степень анатомо-морфологической сформированности отдельных эмбриональных структур зародышей разных популяционных локусов Stipa krylovii.

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

3. Определить критерии и рассчитать параметры оптимального эколого-биологического статуса (ОЭБС) семян для разных популяционных локусов Stipa krylovii', на основе разработанных критериев провести сравнительный анализ ЭБС семян.

Для разделения семян изучаемого вида на популяционные локусы использовали модифицированный на кафедре физиологии растений, микробиологии и агрохимии Иркутской государственной сельскохозяйственной академии метод определения содержания белка в интактных (ненарушенных) зерновках злаков И.Э. Илли и др. [4], что позволило нам использовать их для дальнейших исследований. Всего нами было получено по пятнадцать популяционных локусов для каждого вида исследованных злаков.

Под термином «популяционный локус» нами понимается эволюционно возникший тип организмов, приспособленный к условиям среды с выраженными изменениями внешних и внутренних особенностей. Анатомические особенности сформированных зародышей злаков определяли на временных препаратах по методике, изложенной в [7]. Измерение структур зародышей злаков проводили методом микроскопии с помощью окулярного микрометра, предварительно рассчитав цену деления шкалы в микрометрах по стандартной шкале предметного микрометра [1].

Для статистической обработки полученных данных по анатомии зародыша использовали компьютерную программу Microsoft Excel 2000; выборка состояла из 25 зародышей для каждой популяции. Для того чтобы оценить объемы зародышевых структур, мы решили использовать формулы эллиптического цилиндра (V = тЬН) и эллиптического конуса (V = т шЪН), где а - большая полуось эллипса, лежащего в основании цилиндра или конуса, b - малая полуось эллипса, лежащего в основании цилиндра или конуса, Н - высота конуса или цилиндра. В результате для оценки каждой из морфологических структур нами использовалась формула:

V = VX +V2 +... + ¥„ =^mlblHl) + (m2b2H2) + ... + (mnbnHn)

Исследования ростовых процессов проводили по международной методике анализа семян [2]. Для определения силы роста проростков проводили морфофизиологическую оценку проростков на 4-е и 6-е сутки [5]. Так как данная методика использовалась для оценки проростков культурных растений, в частности пшеницы [3], то нам пришлось разработать свои критерии оценки для проростков дикорастущих ксерофитных злаков. Наряду с этим определяли интенсивность роста проростков, динамику накопления сухой массы в стеблевой и корневой частях прорастающего зародыша, а также эффективность использования питательных веществ эндосперма прорастающим зародышем. Расчет интенсивности роста проростков проводили по методике, предложенной И.Г. Строной [6].

Эффективность использования проростком запасных веществ эндосперма семени в период гетеротрофного питания определяли в динамике как разницу между массой сухой зерновки до прорастания и массой остатков эндосперма на 4-е или 6-е сутки.

Экспериментальные данные обработаны на IBM PC Pentium IV с использованием статистического пакета программного обеспечения Microsoft Excel. С помощью t-критерия Стьюдента мы проверили гипотезу о равенстве средних. На уровне значимости 0,05-5% гипотеза отвергалась, поэтому мы делали вывод о существенности различий между популяционными локусами.

Изучение ЭБС семян у генофонда популяционных локусов позволило нам определить параметры каждого показателя для создания модели экотипа дикорастущего злака Stipa krylovii. Модель ОЭБС семян была получена на основе 14 ключевых показателей (табл. 1). Для реализации этой части программы исследований они были приняты за 100%, а соответствующие показатели различных популяционных локусов сравнивали с этой величиной.

Таблица 1

Критерии ОЭБС семян для модели экотипа дикорастущего злака

$>Щра кгу1оуп

Показатель Экотип злака вйра кгу1оуи

1. Анатомо-морфологические

Объем колеоптиля, • 104 мкм3±Д-104 мкм3 4507±0,8

Объем первого листа, ■ Ю4 мкм3±д-104 мкм3 1792±0,4

Объем первичного корня, • 104 мкм3±Д-104 иаг 1882±7,8

Объем колеоризы, • 104 мкм3±Д-104 мкм3 4656±9,7

Объем щитка, • 104 мкм3±Д-104 мкм3 4105±2,1

Объем эпибласта, • 104 мкм3±Д-104 мкм3 215±0,9

Объем осевых органов, • 104 мкм3±Д-104 мкм3 9163±0,3

Объем зародыша, • 10 мкм3±д-Ю мкм3 13483±0,9

2. Биохимические

Эффективность использования запасных питательных веществ эндосперма проростком 67,24

3. Ростовые

Сила роста проростков,% (по Лихачеву, 1986) 67,24

Интенсивность роста стеблевой части проростков,% (по Строна, 1964) 228,0

Интенсивность накопления массы стеблевой части проростков,% (по Строна, 1964) 205,3

Интенсивность роста корней,% (по Строна, 1964) 131,0

Интенсивность накогиения массы корневой части пророс тков,% (по Строна, 1964) 192,8

Результаты исследования показали, что среди популяционных локусов вида БНра кг)>1оуи (рис. 1) лучше других оказался адаптирован локус 3. Тринадцать из четырнадцати показателей его ЭБС значительно превышали эталонный критерий. Эффективность использования запасных питательных веществ эндосперма проростками этого локуса отклонялась от эталона в сторону увеличения на 53,7%, а интенсивность накопления массы стеблевой части проростков - на 39,1%.

Локусы 8, 10, 13, 14 и 15 не соответствовали критерию только по 1-2 исследованным нами показателям. Для всех них характерна низкая эффективность использования запасных питательных веществ эндосперма проростками, одной из причин которой могут быть чуть сниженная степень сформированное™ колеоризы, эпибласта (водопоглощающих органов) и щитка (выполняющего запасающую, секреторную, всасывающую и транспортную функции).

Наименее адаптированными были локусы 5, 7 и 12. В них 5-6 из 14 изучаемых показателей были существенно ниже эталона. Вероятно, слабая морфологическая дифференциация некоторых структур зародыша оказала существенное влияние на показатели ростовых и биохимических процессов, что снизило интенсивность роста стеблевой и корневой частей проростка.

1

Модель вида

• Модель вида

■ Локус №1

8

-----Модель вида ' Локу с №3

8

------Модель вида Локу с №5

8

•-----М одель вида Локу с №7

8

Модель вида ^^“Локус№2 1

8

------Модель вида Локус №4

1

Модель вида Локус №6

4

5

1

4

5

11

Модель вида ^^“Локус №12 ____

-----Модель вида Локус №13

8

Модель вида Локус №8

1

8

■-----Модель вида Локус №9

1

Локус №10

4

5

12

11

Модель вида

12

4

5

---Модель вида ^^“Локус №14 ----Модель вида Локус №15

Рис. L ЭБС семян Stipa krylovii. 1-8 - анатомо-морфологические показатели: 1 - объем колеоптиля, 2 - объем зародышевого листа, 3 - объем зародышевого корня, 4 - объем колеоризы, 5 - объем щитка, 6 - объем эпибласта, 7 - объем осевых органов, 8 - объем зародыша; 9-13 - ростовые показатели: 9 - сила роста проростков, 10 - интенсивность роста стеблевой части проростков, 11 - интенсивность накопления массы стеблевой части проростков, 12 - интенсивность роста корней, 13

- интенсивность накопления массы корневой части проростков; 14 - биохимический показатель: эффективность использования запасных питательных веществ эндосперма проростком.

Однако необходимо подчеркнуть, что диспропорция развития отдельных морфологических структур у изучаемого нами вида Stipa kndovii достаточно велика: как в сторону уменьшения значений отдельных показателей от эталона соответствующего экотипа, так и в сторону их увеличения. В процессе эволюции злаков на фоне дефицита влаги и тепла в период формирования семян нарушение пространственной организации роста и развития зародыша и диспропорция запасов зерновки, по-видимому, закрепляются и передаются по наследству. Характерно, что популяционные локусы злаков, имеющие высокий ЭБС, хорошо адаптированы к экологическим условиям региона, и в этой связи они являются более продуктивными и имеют больше шансов к выживанию.

Литература

1. Агапов М.М. Лабораторный практикум по физике: учеб. пособие. / М.М. Агапов, Г.В. Макскшш, П.И. Островерхов.

- М. : Высш. школа, 1982. - С. 63-64.

2. Ader F. Zur Definition eines einheitlich anwendbaren Begriff der Triebkraft // Proc. Int. Seed. Test. Ass. - 1965. - V. 30. -P. 1005-1012.

3. Гончарова Н,П. Адаптивные особенности яровой пшеницы в условиях Приангарья: автореф. дис. ... канд. биол. наук.

- Улан-Удэ, 2003. - 20 с.

4. Идли ЗЩ Физиология и биохимия растений // Методическое пособие для лабораторных работ / ИЗ. Илди, Г.Д. Назарова, С.В. Половинкина, В.В. Парыгин. - Иркутск: Изд-во ИрГСХА, 2005. - С. 110.

5. Лихачев Б.С. Жизнеспособность семян, ее структура и выражение // Физиология семян : формирование, прорастание, прикладные аспекты / отв. ред. Х.Х. Каримов. - Душанбе: Дониш, 1990. - С. 100-107.

6. Стропа И,Г. Общее семеноведение полевьк культур. - М. : Колос, 1966. - 464 с,

7. Фурст Г.Г. Методы анатомо-гистохимического исследования растительных тканей. - М. : Наука, 1979. - 155 с.

Чистякова Наталья Сергеевна, кандидат биологических наук, ассистент кафедры биологии Читинской государственной медицинской академии. 672000, Забайкальский край, г. Чита, ул. Горькою 39а, 8(3022)323481. E-mail : chistvacovans&mail. т.

Chistyakova Natalia Sergeyevna, candidate of biological sciences, assistant, department of biology. Chita State State vMedical Academy, 672000, Zabaikalsky territory, Chita, Gorky str. 39a.

Ларина Наталья Петровна, кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии Читинской государственной медицинской академии. 672000, Забайкальский край, г. Чита, ул, Горького 39а, 8(3022)323481.

Larina Natalia Petrovna, candidate of biological sciences, associate professor, department of biology, Chita State Medical Academy, 672000, Zabaikalsky territory ; Chita, Gorky str. 39a.

Тайсаев Трофим Табанович, доктор географических наук, профессор, Бурятский госуниверситет, БГФ, кафедра физической географии, преподаватель. 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24 a. E-mail: [email protected], 8(3012)211593, 8(3012)210588

Taisaev Trophim Tabanovich, doctor of geographical sciences, professor, pepartment of physical geography, Buryat State University, 670000, Ulan-Ude, Smolin str., 24a. E-mail: [email protected]. 8(3012)211593, 8(3012)210588

УДК 591.9+598.2(571.54)

Э.Н. Елаев, A.B. Турунхаев Ландшафтно-экологические основы организации населения птиц Байкальской Сибири

В статье дана характеристика пространственному размещению птиц Байкальской Сибири.

Ключевые слова: птицы, пространственная организация населения, Байкальская Сибирь.

E.N. Yelayev, A. V. Turunkhaev The landscape and ecological bases of the birds population organization in the Baikal Siberia

In the article the characteristic of spatial distribution of birds in Baikal Siberia has been given.

Keywords: birds, spatial organization of population, Baikal Siberia.

Байкальская Сибирь, включающая обширную область водосборного бассейна оз. Байкал как на территории России, так и в северной Монголии, имеет весьма специфическое географическое положение на Евразийском континенте. Находясь на границе таежной и степной природных зон, которые определяют биогеографический фон контакта так называемых «субконтинентов» Центральной и Северной Азии, а также на трансконтинентальном долготном рубеже взаимовлияний основных генераторов климата Евразии - Тихого и Атлантического океанов, она представляет собой яркую модель экотонной (переходной) территории. Это обстоятельство определило особое значение и ценность Байкальской Сибири в структуре биосферы нашей планеты [6, 1]. В связи с изучением и сохранением биологического разнообразия оз. Байкал и его бассейна встает необходимость выявления особенностей таксономического и экологического разнообразия орнитофауны переходной территории.

Орнитофауна Байкальской Сибири довольно разнообразна и в настоящее время насчитывает 352 вида, относящихся к 18 отрядам, 54 семействам и 166 родам [3, 4]. Из них наиболее разнообразно в авифауне Байкальской Сибири представлен отряд Passeriformes (154 вида, 43,8% от общего количества видов, из них гнездящихся 133 вида), затем следуют такие крупные отряды, как Charadriiformes (67 видов, 19%), Anseriformes (33 видов, 9,4%) и Falconiformes (30 видов, 8,5%). Все остальные отряды насчитывают от 1 до 11 видов. На долю четырех вышеупомянутых отрядов приходится 80,7% видового состава, в т.ч. 79,2% гнездящихся видов.

Ландшафтно-экологическая структура орнитофауны, как и систематическая, отличается относительным разнообразием. Анализ зонально-ландшафтного и вертикального распределения птиц региона позволил выделить 5 основных эколого-фаунистических комплексов: гольцово-альпийский ор-нитокомплекс (35 видов), субальпийский (49), лесной (205), горно-степной (32), комплекс птиц, не связанных с высотно-поясными ландшафтами (145). В состав последней вошли группы птиц азональных и интразональных ландшафтов - береговых обрывов и скальных обнажений (7), пойменных лесов (52), лугов (33), водно-болотных угодий (37), населенных пунктов (16). Для каждого из указанных комплексов определены видовой состав птиц, плотность их населения, доминантные формы (рис., табл.).