Антэкология и семенная продуктивность шалфея дубравного (Salvia nemorosa L.) при интродукции на Урале
Автор: Демьянова Е.И.
Журнал: Вестник Пермского университета. Серия: Биология @vestnik-psu-bio
Рубрика: Ботаника
Статья в выпуске: 2, 2017 года.
Бесплатный доступ
Изучены антэкология и семенная продуктивность гинодиэцичного шалфея дубравного (Salvia nemorosa L., Lamiaceae) в Челябинской области (Зауралье) и Пермском крае (Приуралье). Установлена продолжительность цветения гермафродитных и женских особей. Период цветения последних короче и вполне укладывается в сроки цветения гермафродитных - доноров пыльцы. Раскрывание пыльников обоеполых цветков отмечается еще перед распусканием цветка. У гермафродитных особей наблюдается значительное варьирование фертильности пыльцы. В опытах по искусственному скрещиванию этих растений доказана возможность самоопыления в форме гейтоногамии; они совмещают перекрестное опыление с самоопылением. В обоих районах исследования семенная продуктивность в расчете на цветок больше у гермафродитных форм, а всхожесть и больший вес семян - у женской. Многолетние исследования показали устойчивость шалфея дубравного к климатическим условиям Урала. Он рекомендуется для выращивания на Урале как эфиромасличное, лекарственное и декоративное растение.
Антэкология, гинодиэция, семенная продуктивность, интродукция
Короткий адрес: https://sciup.org/147204819
IDR: 147204819
Текст научной статьи Антэкология и семенная продуктивность шалфея дубравного (Salvia nemorosa L.) при интродукции на Урале
Шалфей дубравный ( Salvia nemorosa L., сем. Lamiaceae ) произрастает по степным районам Европейской России, а также в Молдавии и на Украине. Растет по степям, степным склонам, на суходольных лугах, по опушкам. Обычен в Средней Европе [Победимова, 1954, 1978].
Содержит моно- и сесквитерпеноиды, хиноны, флавоноиды, фенолы, фенольные и высшие жирные кислоты, антоцианы, алкалоиды, иридоиды и другие полезные вещества. Эфиромасличное и ме- доносное растение [Дикорастущие…, 2001]. Лекарственное растение с широким терапевтическим действием (противовоспалительное, тонизирующее, антисептическое, ранозаживляющее, диуретическое). Используется при болезнях дыхательной системы, болезнях глаз, иммунной системы [Дикорастущие…, 2001].
Гинодиэция у ш. дубравного зарегистрирована G. Linnert [1955]. У женских особей наблюдается редукция андроцея, сопровождающаяся мужской
стерильностью и уменьшением размеров венчика, как это было отмечено для большинства гиноди-эцичных видов. В литературе мы не обнаружили сведений об антэкологии и семенной продуктивности ш. дубравного.
Цель данного исследования – изучение ш. дубравного со стороны антэкологии и семенной продуктивности в условиях интродукции как возможного перспективного эфиромасличного и декоративного растения, рекомендуемого для выращивания на Урале.
Организация и методика исследований
В условиях интродукции ш. дубравный изучался на коллекционных участках Троицкого лесостепного заказника (1977–1979 и 2010 гг.) и Учебного ботанического сада Пермского государственного национального исследовательского университета в 2007–2008 и 2010–2013 гг. Антэкологиче-ские наблюдения проведены по методике А.Н. Пономарева [1960]. Определение фертильности пыльцы проводилось ацетокарминовым методом [Прозина, 1960; Паушева, 1974; Справочник…, 2004]. Пыльца собиралась с 10 гермафродитных растений, причем у каждого из них брали по 5 цветков. Подсчет проводился под микроскопом в 10-ти полях зрения. Оценка уровня изменчивости производилась по предложению С.А. Мамаева [1972].
Семенную продуктивность рассчитывали по методике И.В. Вайнагия [1973, 1974]. Следуя автору, раздельно определили потенциальную семенную продуктивность (ПСП), под которой следует понимать количество семяпочек в цветке, на генеративном побеге или особи и фактическую семенную продуктивность (ФСП), которая обозначает количество семян в расчете на цветок, генеративный побег или особь. В отдельных случаях для расчета семенной продуктивности дополнительно использовали следующие показатели: 1) количество цветков в расчете на 1 генеративный побег (среднее число мутовок х на среднее число цветков в них); 2) среднее число цветков на особи (среднее число генеративных побегов х на среднее число цветков на 1 генеративном побеге). ФСП в расчете на особь определяли как среднее число цветков на особи х на ФСП в расчете на цветок. Число семяпочек и семян учитывалось на одних и тех же растениях, заранее помеченных этикетками, или на других рядом произрастающих растениях.
В Троицком лесостепном заказнике семенная продуктивность изучалась не только при свободном опылении, но и при вариантах искусственного скрещивания. Первый вариант изоляции гермафродитных форм необходим для выявления у них возможности самоопыления. Для этого в стадию бутонизации растения покрывали марлевыми изоляторами. Итоги опыта определялись после полно- го отцветания. Второй вариант изоляции женских особей нужен для выявления возможности апомиксиса. Методика аналогична предыдущей. Методика третьего варианта искусственного доопыления женских и обоеполых цветков заключалась в следующем: в рыльцевую стадию на рыльце дополнительно наносилась пыльца, взятая с других растений. Методика четвертого варианта гейтоногамно-го (соседственного) опыления такова: у гермафродитных форм, помещенных под изолятор еще в стадии бутонизации, в рыльцевую стадию искусственно наносилась пыльца того же самого растения с других цветков, находящихся в это время в тычиночной стадии. Затем растения снова помещались под изолятор.
Поскольку семенная продуктивность во многом зависит от количества принесённой насекомыми пыльцы, в рыльцевую стадию у 100 цветков обеих половых форм мы произвели подсчет находящихся на них пыльцевых зерен. Для исследования брали цветки с рыльцами, пребывающими уже на этапе увядания. Рыльце выделялось из цветка и помещалось на предметное стекло, на которое предварительно наносили ацетокармин. Препарат нагревали на спиртовке, не доводя ацетокармин до кипения. Затем к препарату добавляли 1–2 капли глицерина. Подсчет пыльцевых зерен (проросших и непроросших) осуществлялся при малом увеличении микроскопа.
Всхожесть семян определялась лабораторным методом согласно общепринятой методике [Справочник…, 1985; Биология семян, 1999] в 3 вариантах опыта: при свободном опылении обеих половых форм, гейтоногамии и изоляции женских форм. Согласно литературным данным [Справочник…, 1985], семена шалфея дубравного светочувствительные. В опыте А.В. Патудина [1975] всхожесть семян этого вида была равна 85%. Прорастание семян проводилось при температуре 20– 22°С. Энергия прорастания определялась на 5-й день. Наблюдения проводились в течение 20 дней.
Кроме всхожести, устанавливали вес семян обеих половых форм. Для навески брали по 1000 семян (эремов) в 3-кратной повторности. Взвешивание проводилось на аналитических весах. Собранный материал обработан методами вариационной статистики [Плохинский, 1978; Лакин, 1980, 1990].
Результаты и их обсуждение
-
I. Наблюдения в Троицком лесостепном заказнике (Зауралье)
Изучение элементов семенной продуктивности ш. дубравного при свободном опылении не выявило отчетливой корреляции между данным показателем и половой формой растения. В Зауралье 1978 г. оказался средним по уровню увлажнения, а 1977 г. даже выше среднемноголетнего уровня.
Наиболее благоприятными для развития растительности в Зауралье были 1978–1979 гг. В 1977 г. женская форма в расчетах на цветок, ПС на цветок, число цветков на 1 генеративном побеге и числе эремов на побег оказалась более продуктивной, чем гермафродитная (табл. 1). Напротив, в 1978–1979 гг. в расчете на цветок, а также ПС и
другие показатели были выше у гермафродитной формы. По количеству цветков на генеративный побег в течение 3 лет наблюдалась относительная стабильность: во всех случаях на побегах женских особей развивалось несколько больше цветков, хотя td < 3 (табл. 1).
Таблица 1
Семенная продуктивность женской (Ж) и гермафродитной (Г) половых форм шалфея дубравного при свободном опылении в 1977–1979 гг. в Зауралье
Параметр |
1977 г. |
1978 г. |
1979 г. |
|||
Ж |
Г |
Ж |
Г |
Ж |
Г |
|
ФСП на цветок |
2.60 ± 0.02 |
2.12 ± 0.02 |
2.02 ± 0.02 |
2.23 ± 0.02 |
2.20 ± 0.02 |
2.72 ± 0.02 |
td |
17.1 |
7.5 |
18.6 |
|||
ПС |
65 |
53 |
50.5 |
55.8 |
54.9 |
67.9 |
Число цветков на 1 генеративном побеге |
961 ± 161 |
468 ± 80 |
734 ± 51 |
561 ± 41 |
391 ± 19 |
371 ± 17 |
td |
2.8 |
2.6 |
0.78 |
|||
Число эремов на 1 генеративном побеге |
2498 ± 419.8 |
992 ± 169.6 |
1482.7 ± 103.8 |
1251.03 ± 91.33 |
860.2 ± 43.01 |
1009.1 ± 47.03 |
td |
4.6 |
1.68 |
2.34 |
|||
Число учтенных особей |
- |
- |
- |
- |
50 |
50 |
Число генеративных побегов на 1 особь |
- |
- |
- |
- |
7.64 ± 0.23 |
9.60 ± 0.43 |
td |
- |
- |
4 .0 |
|||
Число эремов на особь |
- |
- |
- |
- |
6571.9 ± 381.2 1 9687.4±639.1 |
|
td |
- |
- |
4.19 |
Примечание. Прочерк означает отсутствие данных.
Анализ структуры семенной продуктивности ш. дубравного в 1979 г. (табл. 2) свидетельствует, что в обоеполых цветках чаще всего формировалось по 3–4 эрема, а в женских – по 2–3. Вероятно, различия в семенной продуктивности обеих половых форм при наличии достаточного почвенного ув-
Таблица 2
Структура семенной продуктивности шалфея дубравного при свободном опылении в 1979 г. (Зауралье)
Половая форма |
Число учтенных цветков |
Число цветков с данным числом эремов |
||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
||
Женская |
3000 |
282 (9.4)1 |
597 (19.9) |
837 (27.9) |
702 (23.4) |
582 (19.4) |
Гермафродитная |
3000 |
303 (10.1) |
210 (7.0) |
579 (19.3) |
867 (28.9) |
1041 (34.7) |
Примечание. 1 – в круглых скобках указан процент цветков от числа учтенных в опыте.
Наблюдения по семенной продуктивности ш. дубравного при свободном опылении были продолжены в 2010 г. Погодные условия в этот сезон были крайне неблагоприятными – засуха почвенная и атмосферная в летнее время сочеталась еще и с крайне жаркой погодой. В таких условиях в первую очередь страдают женские формы [Демьянова, 1990]. Их семенная продуктивность в расчете лажнения в 1977–1979 гг. связаны с разной активностью антофильных насекомых, предпочитающих обоеполые цветки. Последние представляют посетителям пыльцу и нектар, в то время как женские – только нектар.
на цветок оказалась ниже, чем у гермафродитной (табл. 3) при очень низком уровне изменчивости. Анализ структуры семенной продуктивности свидетельствует о большем числе цветков с 3–4 эре-мами у гермафродитной формы в сравнении с женской (табл. 4).
Таблица 3
Семенная продуктивность разных половых форм шалфея дубравного при свободном опылении в 2010 г. (Зауралье)
Половая форма |
Выборка, n |
ФСП на цветок |
td |
cv |
ПС на цветок |
Женская |
300 |
2.43 ± 0.01 |
19.3 |
5.33 |
60.8 |
Гермафродитная |
300 |
2.70 ± 0.01 |
4.87 |
67.5 |
Таблица 4
Структура семенной продуктивности разных половых форм шалфея дубравного при свободном опылении в 2010 г. (Зауралье)
Половая форма |
Число учтенных цветков |
Число цветков с данным числом эремов |
||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
||
Женская |
300 |
3 (1.0) |
68 (22.7) |
89 (29.7) |
76 (25.3) |
64 (21.3) |
Гермафродитная |
300 |
6 (2.0) |
30 (10.0) |
85 (28.3) |
105 (35.0) |
74 (24.7) |
В 1979 г. были осуществлены некоторые варианты искусственного скрещивания. Вариант свободного опыления служил контролем для сравнения семенной продуктивности при других вариантах скрещивания: искусственном доопылении женских и обоеполых цветков, гейтоногамии (соседственном опылении), изоляции особей обеих половых форм.
Вариант искусственного доопыления женских и обоеполых цветков показал эффективность допол- нительного нанесения пыльцы. В этом случае у обеих половых форм семян завязалось больше (табл. 5) по сравнению с контролем (см. табл. 1) при повышенном уровне изменчивости. При этом семенная продуктивность в расчете на цветок и ПС оказались выше у гермафродитной формы. Об этом же свидетельствует и структура семенной продуктивности у обеих форм (табл. 6). Число цветков, завязавших по 3-4 эрема, больше у гермафродитной формы.
Таблица 5
Семенная продуктивность шалфея дубравного при искусственном доопылении цветков женской и обоеполой форм в 1979 г.
Половая форма |
Число учтенных особей |
Число учтенных цветков |
ФСП на цветок |
ПС (%) |
сv (%) |
td |
Женская |
20 |
2233 |
2.79 ± 0.02 |
89.7 |
38.8 |
10.7 |
Гермафродитная |
20 |
3364 |
3.09 ± 0.02 |
77.4 |
31.8 |
Таблица 6
Структура семенной продуктивности шалфея дубравного при искусственном доопылении женских и обоеполых цветков в 1979 г.
Половая форма |
Число учтенных цветков |
Число цветков с данным числом эремов |
||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
||
Женская |
2233 |
70 (3.13) |
220 (9.86) |
517 (23.15) |
737 (33.0) |
690 (30.86) |
Гермафродитная |
3364 |
68 (2.02) |
188 (5.59) |
555 (16.50) |
1142 (33.95) |
1411 (41.94) |
Интересен и тот факт, что даже при дополнительном нанесении пыльцы ПС у обеих форм не достигает 100%. Видимо, на процесс оплодотворения и завязывания семян влияют и другие факторы, помимо количества и качества попадающей на рыльце пыльцы. Возможной причиной неполного завязывания семян могут быть нарушения в мегаспорогенезе и развитии зародышевых мешков, как это было отмечено при изучении семенной продуктивности некоторых видов Stachys L. [Чоркина, Чиботару, Челак, 1996; Чоркина и др., 1996]. Одним из доказательств такого предположения является наличие невыполненных семян, встречающееся у обеих половых форм.
В варианте гейтоногамии семенная продуктивность у обоеполых цветков оказалась выше, чем при свободном опылении и составила 2.86 эрема на цветок. ПС варьировал от 64.1 до 78.1%. Следовательно, способность завязывать семена при соседственном опылении (форме самоопыления) у разных особей одного вида, хотя и отличается, но тем не менее, остается высокой. Число цветков, завязавших по 3–4 эрема, даже несколько больше, чем при свободном опылении. Возможно, это связано и с тем обстоятельством, что на рыльце искусственно наносится больше пыльцы, чем при посещении насекомых. Обобщая наши наблюдения, сделаем вывод, что самонесовместимость у ш. дубравного отсутствует, несмотря на то, что в литературе все семейство Labiatae относится к само-несовместимым [Nettancourt, 1977]. Очевидно, что соседственное опыление происходит и в природе: в пределах соцветия и тем более всего растения всегда находятся цветки в разных стадиях цветения. Антофильные насекомые, продвигаясь по соцветиям в пределах одной особи, осуществляют не только перекрестное опыление, но и содействуют гейтоногамии. Аналогичную ситуацию мы наблюдали при изучении гейтоногамии у Salvia stepposa Shost. [Демьянова, 1980].
Изоляция гермафродитных особей позволила констатировать неспособность обоеполых цветков к самоопылению в форме автогамии. ФСП на цветок у исследованных особей не превышала 0.14 эремов, а в среднем составила 0.09 эрема на цветок, что позволяет говорить о почти полном отсутствии автогамии у ш. дубравного. Она не происходит благодаря достаточно хорошо выраженной дихогамии у этого вида. Учет семенной продуктивности при изоляции женских особей позволил установить, что из 10 опытных растений 4 вообще не завязали семена, а у остальных процент завязывания семян был чрезвычайно мал и не превысил 1%. В расчете на цветок в среднем завязалось 0.01эрема, а ПС составила 0.25. На основании этих результатов можно предполагать отсутствие апомиксиса у ш. дубравного и в естественных условиях.
Всхожесть семян определена для двух вариантов скрещивания – свободного опыления (контроль) и гейтоногамии, а также для варианта изоляции женских особей (табл. 7). Выбор этих вариантов был связан со следующими причинами:
-
1) семена, полученные от свободного опыления женских и гермафродитных особей, должны быть идентичными по набору генов таковым, полученным при искусственном опылении. В обоих случаях семена образуются при перекрестном опылении;
-
2) семена, образующиеся при гейтоногамии и при изоляции гермафродитных особей, также можно считать равноценными, так как в обоих случаях они формируются в результате самоопыления.
Таблица 7
Всхожесть семян гермафродитной и женской форм шалфея дубравного при разных вариантах скрещивания
Вариант скрещивания |
Половая форма |
№ пробы |
Число просросших семян |
Энергия прорастания |
Всхожесть (%) |
||||
3 |
5 |
10 |
15 |
20 |
|||||
Свободное опыление |
женская |
1 |
69 |
70 |
70 |
70 |
70 |
77.7 |
78.7 |
2 |
85 |
85 |
86 |
86 |
86 |
||||
3 |
77 |
78 |
80 |
80 |
80 |
||||
гермафродитная |
1 |
77 |
78 |
78 |
78 |
78 |
72.0 |
73.0 |
|
2 |
74 |
74 |
77 |
77 |
77 |
||||
3 |
63 |
64 |
64 |
64 |
64 |
||||
Гейтоногамия |
гермафродитная |
1 |
84 |
87 |
88 |
88 |
88 |
85.3 |
86.3 |
2 |
89 |
89 |
89 |
89 |
89 |
||||
3 |
78 |
80 |
82 |
82 |
82 |
В итоге мы пришли к заключению, что лучшая всхожесть семян свойственна женской форме. У последней энергия прорастания семян также более высокая.
Энергия прорастания и всхожесть семян, полученных при гейтоногамии, оказались несколько выше, чем при свободном опылении. Подобный факт еще раз свидетельствует об отсутствии само-несовместимости у ш. дубравного.
При изоляции женских особей было собрано 45 семян, из которых проросшими оказались только 21. Их всхожесть почти в два раза ниже всхожести семян, полученных при свободном опылении. Этот факт еще раз доказывает ничтожную значимость апомиксиса у ш. дубравного (если он вообще свойствен данному виду). Для решения этого вопроса нужны цитоэмбриологические исследования.
Необходимо отметить, что всхожесть семян ш. дубравного определена на 10-й день наблюдений. В последующие дни не было обнаружено прорастающих (жизнеспособных) семян. Следовательно, для прорастания семян этого вида при благоприятных условиях требуется не более 10 дней, что может быть учтено при его культивировании в условиях интродукции.
Вес семян женской формы оказался несколько выше, чем у гермафродитной (соответственно 1.076±0.003 и 1.067±0.001; td=3). Меньшая семенная продуктивность женских особей ведет к улучшению качества семян, их выполненности, повышению всхожести. Семена женской формы формируются только в результате перекрестного опыления.
Известно, что семенная продуктивность энтомофильных растений, характеризующаяся половым полиморфизмом, во многом зависит от эффективности посещения цветков антофильными насекомыми разных половых форм [Демьянова, 1990]. Подсчет количества пыльцевых зерен на рыльцах ш. дубравного указал, что насекомые лучше посещают обоеполые цветки, нежели женские (табл. 8). Очевидно, это связано с их лучшей заметностью, более высоким нектаровыделением, что было обнаружено и у других гинодиэцичных видов [Пономарев, Демьянова, 1975; Демьянова, Лыков, Вожакова, 1987; Демьянова, Лыков, Логинова, 1989].
Рыльцевая поверхность у женских цветков больше, чем у обоеполых, т.е. воспринимающая пыльцу поверхность выражена лучше. Этот факт можно интерпретировать как одно из приспособлений у женской формы к перекрестному опылению. К тому же наблюдения за длительностью функционирования рыльца у обеих половых форм в условиях Зауралья показали превосходство женской формы (продолжительность рыльцевой ста- дии у женских цветков – 2 дня, у гермафродитной – 1 день). Такое различие в экологии цветения можно рассматривать как еще одно приспособление к единственно возможному у них ксеногамно-му опылению.
Таблица 8
Эффективность посещения цветков шалфея дубравного насекомыми-опылителями в 1979 г. (Зауралье)
Половая форма |
Число учтенных цветков |
Среднее число пыльцевых зерен на рыльце |
td |
Женская |
100 |
4.51 ± 0.34 |
6.6 |
Гермафродитная |
100 |
9.98 ± 0.76 |
-
II. Наблюдения в Ботаническом саду Пермского университета
-
1. Длительность цветения гермафродитной и женской форм . Исследования показали, что особи гермафродитной формы зацветают раньше и отцветают позже, чем женские. За период наблюдений в 2007–2008 гг. длительность цветения гермафродитной формы оказалась в 2 раза большее продолжительности цветения женской и составляла около двух месяцев. Длительность цветения генеративных побегов гермафродитной формы также больше женской (соответственно 45 и 30 дней). В течение суток на генеративном побеге гермафродитной формы распускается примерно по 5–7 цветков, а у женских на 2–3 цветка больше, т.е. цветение генеративного побега и всей особи женской формы протекает более энергично. Цветение женских особей вполне укладывается в сроки цветения гермафродитных – доноров пыльцы.
-
2. Антэкология обоеполых цветков . В первый день наблюдений около 9 ч длина рыхлого бутона составляет около 6 мм, а ширина – 3 мм. В это время рыльце расположено между тычинками и имеет игловидную форму. Оно находится под верхней губой и занимает примерно 1/3 ее длины. Пыльники вскрываются экстрорзно продольной щелью во всю их длину, но пыльцы в это время еще не видно. Таким образом, у протандричного ш. дубравного вскрывание пыльников наблюдается уже в рыхлом бутоне, хотя пыльца еще не высыпается из пыльников. Ее экспонирование происходит позже, около 11 ч. Можно утверждать, что полное вскрывание пыльников с экспонированием пыльцы отмечено за сутки до раскрывания цветка.
-
-
3. Антэкология женских цветков . В первый день наблюдений у рыхлых бутонов женских цветков обнаружены игловидные рыльца, выставляющиеся за пределы бутона. Отмечено, что морфологическое проявление рыльцевой стадии весьма неодинаково, как и размеры женских цветков. Последние хорошо различаются даже в стадии бутона. У более крупных бутонов (длина 5 мм) игловидной формы рыльце, находящееся под верхней губой, не выставляется за пределы околоцветника.
Во второй день наблюдений около 7–10 ч заметно увеличившийся в размерах бутон раскрывается. В это время лопасти рыльца значительно отходят друг от друга, образуя «вилочку», причем более длинной оказывается лопасть, обращенная к нижней губе. Пыльники и рыльце, находящиеся под верхней губой, не выходят за нее.
Приблизительно к 12 ч рыльце едва заметно (примерно на 1 мм) выставляется за пределы верхней губы. К 15–17 ч оно находится еще в вильчатой стадии, хотя его лопасти значительно раздвинуты и чуть дальше (на 1.5–2 мм) выдвигаются из-под верхней губы.
В третий день наблюдений около 7–9 ч в раскрытом цветке рыльце приобретает якоревидную форму и выносится из-под верхней губы примерно на 2 мм. Пыльники по-прежнему находятся под верхней губой. Позднее, около 13–15 ч, рыльце еще дальше выдвигается наружу – примерно на 3 мм. На четвертый день наблюдений мы фиксировали окончание цветения обоеполых цветков. В увядающих цветках рыльце продолжает оставаться свежим еще 2–3 ч.
В итоге наших наблюдений за антэкологией обоеполых цветков мы пришли к следующему заключению. В первый день наблюдений отмечается тычиночная стадия, а во второй день происходит совмещение тычиночной и рыльцевой стадий (примерно около 10 ч). В третий день наблюдений рыльцевая стадия длится до 18 ч, а тычиночная – до 15 ч. Таким образом, у обоеполых цветков тычиночная стадия продолжается примерно 2.5 сут (54 ч), а рыльцевая более короткая и занимает не более двух сут (46–47 ч). В день распускания цветка и на следующий день наблюдается совмещение рыльцевой и тычиночной стадий. Автогамии препятствует дихогамия и геркогамия (пыльники всегда располагаются ниже рыльца).
Напротив, в более мелких бутонах (длина 3 мм) игловидное рыльце выставляется дальше из закрытого бутона, примерно на 3 мм. Две разные формы женских цветков находятся на разных растениях. Ранее у гинодиэцичных видов, в частности у губоцветных, был выявлен лишь один стандарт женских цветков [Демьянова, Титова, 1981].
На второй день наблюдений крупные бутоны раскрываются около 7–8 ч. При этом лопасти рыльца заметно обособляются друг от друга, образуя вилочку, и едва заметно выдвигаются из-под верхней губы на 1–1.5 мм. Более мелкие бутоны также раскрываются, но их лопасти рыльца выносятся дальше, примерно на 5 мм. В дальнейшем отмеченные соотношения между разными по размерам цветками сохраняются и на всем протяжении периода цветения.
В третий день наблюдений в утренние часы (7– 9 ч) у более крупных женских цветков рыльце приобретает якоревидную форму и выносится из-под верхней губы на 2–2.5 мм, а у более мелких женских цветков еще дальше – примерно на 6 мм. Таким образом, андростерильные цветки ш. дубравного обладают отчетливо выраженными неодинаковыми размерами и разной степенью проявле- ния рыльцевой стадии. К началу четвертого дня наблюдений обе формы женских цветков отцветают.
-
4. Фертильность пыьцы . Определение качества пыльцы показало ее сравнительно высокую фертильность (табл. 9). Обращает на себя внимание следующее обстоятельство: фертильность пыльцы гинодиэцичного ш. дубравного подвержена большой изменчивости даже в условиях интродукции, где все особи произрастают в одинаковых условиях. Подобное явление у этого растения было отмечено и ранее [Демьянова, 1982]. Единственной причиной варьирования фертильности пыльцы у ш. дубравного мы предполагаем его половой полиморфизм, проявляющийся на цитологическом уровне. Дальнейшее изучение фертильности пыльцы в последующие годы подтвердило эту закономерность: фертильность пыльцы в засушливом 2010 г. составила 65% (при n=10, варьирование фертильности пыльцы было от 20 до 98%), а в более благоприятном по погодным условиям 2012 г. – 72.4 % (n=10, с колебаниями от 6.5 до 93%). В 2013 г. фертильность пыльцы составила 72.44% (n=10 с колебаниями от 8.5 до 90.8%.
-
5. Семенная продуктивность шалфея дубравного в Приуралье . В Приуралье семенная продуктивность обоеполых цветков ш. дубравного оказалась несколько больше, чем у женских (табл. 10). Структура семенной продуктивности (табл. 11) дает основание полагать, что у гермафродитных форм преобладают цветки, содержащие по 3 вы-
- полненных эрема, а в женских цветках чаще развиваются по 1–2 эрема. Вероятно, что больший процент образования эремов у обоеполых цветков достигается не только благодаря их лучшей посещаемости антофильными насекомыми, но и потому, что при неудавшемся перекрестном опылении частичное завязывание семян происходит в результате самоопыления (гейтоногамии).
Таблица 9
Варьирование фертильности пыльцы у особей шалфея дубравного в 2007–2008 гг. в условиях интродукции в Пермском крае (Приуралье)
2007 г.
Порядковый номер растения |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Процент фертильности пыльцы |
73.59 |
91.75 |
87.75 |
91.48 |
87.33 |
84.13 |
73.12 |
73.89 |
77.48 |
91.16 |
Средняя фертильность пыльцы, % |
83.17 |
2008 г.
Порядковый номер растения |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Процент фертильности пыльцы |
73.5 |
84.4 |
70.6 |
81.6 |
91.4 |
72.8 |
89.4 |
47.1 |
38.9 |
82.2 |
Средняя фертильность пыльцы, % |
73.19 |
Таблица 10
Семенная продуктивность женских (Ж) и гермафродитных (Г) форм шалфея дубравного при свободном опылении в 2007–2008 гг. в Пермском крае (Приуралье)
Показатель |
Число учтенных единиц |
2007 г. |
2008 г. |
||||
Ж |
Г |
td |
Ж |
Г |
td |
||
Среднее число побегов на особь |
50 |
5.0 ± 0.6 |
9.1 ± 0.8 |
4.1 |
5.8 ± 0.4 |
6.4 ± 0.5 |
1.0 |
Среднее число мутовок на побег |
50 |
25.0 ±0.23 |
22.6 ± 0.2 |
7.7 |
27.0 ± 0.3 |
23.3 ± 0.3 |
9.3 |
Среднее число цветков в мутовке |
50 |
4.6 ± 0.1 |
5.3 ± 0.05 |
2.3 |
4.8 ± 0.1 |
5.6 ± 0.2 |
3.3 |
Среднее число цветков на побег |
50 |
115.0 ± 2.2 |
119.8 ± 1.56 |
1.8 |
129.6 ± 3.1 |
130.5 ± 5.4 |
0.15 |
Окончание табл. 10
Показатель |
Число учтенных единиц |
2007 г. |
2008 г. |
||||
ПСП на побег |
50 |
460.0 ± 8.8 |
479.2 ± 6.2 |
1.8 |
518.4 ± 12.56 |
522.0 ± 21.4 |
0.15 |
ФСП на цветок |
2000 |
2.1 ± 0.03 |
2.4 ± 0.0 |
6.0 |
2.0 ± 0.04 |
2.41 ± 0.04 |
7.2 |
ПС на цветок |
2000 |
52.5 |
60.0 |
- |
50.0 |
60.3 |
- |
ФСП на побег |
2000 |
241.5 ± 5.7 |
287.5 ± 6.0 |
5.5 |
259.2 ± 8.04 |
314.5 ± 13.8 |
3.5 |
Таблица 11
Структура семенной продуктивности шалфея дубравного при свободном опылении в 2007–2008 гг. в Пермском крае (Приуралье)
Половая форма |
Число учтенных цветков |
Число цветков с данным числом эремов, абс. (%) |
||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
||
2007 г. |
||||||
Женская |
2000 |
1050 (52.5) |
280 (14.0) |
260 (13.0) |
220 (11.0) |
190 (9.5) |
Гермафродитная |
2000 |
1140 (57.0) |
120 (6.0) |
210 (10.5) |
320 (16.0) |
210 (10.5) |
2008 г. |
||||||
Женская |
2000 |
1030 (51.5) |
350 (17.5) |
330 (16.5) |
170 (8.5) |
120 (6.0) |
Гермафродитная |
2000 |
1000 (50.0) |
90 (4.5) |
270 (13.5) |
370 (18.5) |
270 (13.5) |
Наблюдения по этому вопросу были продолжены в 2011 г. Семенная продуктивность при свободном опылении в расчете на цветок оказалась также выше у гермафродитной формы в сравнении с женской (соответственно 2.4±0.04 и 2.1±0.03; td=6.0 при выборке по 1000 цветков той и другой формы). Разница в завязывании семян в расчете на цветок особенно четко проявилась в 2012 г. с большим числом облачных и пасмурных дней в июле и частично в августе, затрудняющих лет насекомых-опылителей. Лучшее завязывание семян обнаружено в обоеполых цветках в сравнении с женскими (соответственно 3.06 + 0.01 и 1.42 + 0.01, при выборке по 1000 цветков обеих форм, td=21.0).
Заключение
В итоге проведенных наблюдений мы пришли к выводу о вполне возможной интродукции этого полезного растения на Урале. В условиях Приуралья и Зауралья ш. дубравный зимует в открытом грунте, не подмерзает, к качеству почв нетребователен. Размножение семенное, обе половые формы гинодиэцичного ш. дубравного регулярно плодоносят. Семена успевают хорошо вызреть, причем у этого вида наблюдается обильный самосев. В обоих пунктах исследования вредители и болезни не замечены. Следом за Е.В. Байковой [1997, 2006], рекомендовавшей это растение в качестве декоративного для лесостепной зоны Западной Сибири, считаем возможным его выращивание и использование как лекарственного и одновременно декоративного растения в интродукции на Урале. Согласно уровням жизненности по шкале Г.Н. Андреева [1974, 1975], растению можно присвоить 5
баллов. Мы рекомендуем это растение для создания пейзажных композиций и групповых посадок в сады и скверы, а любителям-садоводам – для выращивания на грядках как лекарственного растения.
Список литературы Антэкология и семенная продуктивность шалфея дубравного (Salvia nemorosa L.) при интродукции на Урале
- Андреев Г.Н. Об уровнях жизненности интроду-центов//Ботанические исследования в Субарктике. Апатиты, 1974. С. 61-70
- Андреев Г.Н. Интродукция травянистых растений в Субарктику. Л.: Наука, 1975. 167 с
- Байкова Е.В. Интродукция некоторых видов шалфея в Центральном сибирском ботаническом саду//Бюллетень Главного ботанического сада РАН. 1997. Вып. 174. С. 14-24
- Байкова Е.В. Род Шалфей. Морфология, эволюция, перспективы интродукции. Новосибирск: Наука, 2006. 247 с
- Биология семян/сост. М.Г. Николаева, И.В. Лянгузова, Л.М. Поздова. СПб., 1999. 231 с
- Вайнагий И.В. Методика статистической обработки материала по семенной продуктивности растений на примере Potentilla aurea L.//Растительные ресурсы. 1973. Т. 9, вып. 2. С. 287-296
- Вайнагий И.В. О методике изучения семенной продуктивности растений//Ботанический журнал. 1974. Т. 59, № 6. С. 826-831
- Демьянова Е.И. О семенной продуктивности Salvia stepposa Shost. при свободном опылении и разных вариантах искусственного скрещивания//Экология опыления. Пермь, 1980. С. 106-120
- Демьянова Е.И. Фертильность пыльцы у гиноди-эцичных растений//Экология опыления. Пермь, 1982. С. 93-106
- Демьянова Е.И. Половой полиморфизм цветковых растений: автореф. дис.. д-ра биол. наук. М., 1990. 34 с
- Демьянова Е.И., Лыков В.А., Вожакова А.В. Особенности опыления половых форм цветков у тимьяна Маршалла (T. marschallianus Willd.)//Экология опыления. Пермь, 1987. С. 78-89
- Демьянова Е.И., Лыков В.А., Логинова Е.А. К антэкологическому изучению тмина обыкновенного (Carum carvi L.)//Экология опыления. Пермь, 1989. С. 58-69
- Демьянова Е.И., Титова А.В. Морфология и размеры цветков разных половых типов у гинодиэцичных растений//Экология опыления растений. Пермь, 1981. С. 8-20
- Дикорастущие полезные растения России/под ред. А.Л. Буданцева и Е.Е. Лесиовской. СПб.: Изд-во СПХФА. 2001. 663 с
- Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высш. шк., 1980. 343 с.
- Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высш. шк., 1990. 350 с.
- Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесной растительности. М.: Наука, 1972. 282 с
- Патудин А.В. О прорастании семян видов рода шалфей//Доклады ТСХА. 1975. Вып. 209. С. 150-155
- Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М.: Колос, 1974. 288 с
- Плохинский Н.Ф. Математические методы в биологии. М.: Изд-во МГУ, 1978. 263 с
- Победимова Е.Г. Шалфей//Флора СССР. М.; Л., 1954. Т. 21. С. 244-363
- Победимова Е.Г. Шалфей -Salvia L.//Флора Европейской части СССР. Л., 1978. Т. 3. С. 173-181
- Пономарев А.Н. Изучение цветения и опыления растений.//Полевая геоботаника. М.; Л., 1960. Т. 2. С. 9-19
- Пономарев А.Н., Демьянова Е.И. Выделение нектара в обоеполых и женских цветках гиноди-эцичных растений//Науч. докл. высш. шк. Биологические науки. 1975. № 9. С. 67-72
- Прозина М.Н. Ботаническая микротехника. М.: Высш. шк., 1960. 205 с
- Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы/сост. Р.П. Барыкина и др. М.: Изд-во МГУ, 2004. 311 с
- Справочник по проращиванию покоящихся семян/сост. М.Г. Николаева, М.В. Разумова, В.Н. Гладкова. Л.: Наука, 1985. 347 с
- Чоркина Н.Г., Чиботару А.А., Челак В.Р. Микро-и макроспорогенез и оплодотворение у Stachys sieboldii Miq.//Проблемы репродуктивной биологии растений: тез. докл. симпозиума. Пермь, 1996. С. 223
- Чоркина Н.Г. и др. Цветение, опыление и семенная продуктивность у стахиса//Проблемы репродуктивной биологии растений: тез. докл. симпозиума. Пермь, 1996. С. 224
- Linnert G. Cytologische Grundlagen fur Sterilitatser-scheinungen in der Gattung Salvia//Zuchter, 1955. Bd. 25, Hf 7/9. S. 237-241
- Nettancourt D. de. Incompatibility in Angiosperms. N.Y.: Springer Verlag. 1977. 230 p