Изменчивость морфологических признаков некоторых видов рода Tulipa L. на Южном Урале
Автор: Мухаметшина Лейла Венировна, Муллабаева Эльвира Зубаировна, Ишмуратова Майя Мунировна
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Наземные экосистемы
Статья в выпуске: 5-5 т.16, 2014 года.
Бесплатный доступ
Проведено исследование внутри- и межпопуляционной изменчивости, структуры изменчивости морфологических признаков Tulipa biebersteiniana, T. patens и T. riparia на Южном Урале. В целом, для видов высокая изменчивость характерна для параметров побега, низкая изменчивость - для параметров цветка. Кластерный анализ ценопопуляций видов по морфологическим признакам выявил три группы. В первую группу вошли ценопопуляции T. biebersteiniana из степных и сильно выпасаемых местообитаний. Во вторую группу вошли ценопопуляции T. riparia из пойменных лугов, третью группу составили степные ценопопуляции T. patens. Выделены морфологические признаки - системные индикаторы, в изменчивости которых проявляются адаптивные реакции видов.
Внутри - и межпопуляционная изменчивость, структура изменчивости
Короткий адрес: https://sciup.org/148203445
IDR: 148203445
Текст научной статьи Изменчивость морфологических признаков некоторых видов рода Tulipa L. на Южном Урале
Н а территории Республики Башкортостан (РБ) произрастают три вида рода Tulipa : тюльпан Биберштейна ( T. biebersteiniana Schult. et Schult. fil.), т. поникающий ( T. patens Agardh ex Schult. et Schult. fil.) и т. приречный ( T. riparia Knjasev, Kulikov et Philippov). Первые два вида включены в Красную книгу РБ [3]. Tulipa riparia впервые описан в 2001 г. [2], выделен из T. biebersteiniana по относительно крупному габитусу, розоволиловой окраске цветков, а также триплоидности. Характеризуется стерильностью. Размножается преимущественно вегетативным путем, хотя описаны случаи семенного размножения [4]. Встречается в пойменных сообществах [2].
Изучение различных типов изменчивости, а также структуры изменчивости морфологических признаков имеет большое значение при оценке состояния ценопопуляций (ЦП) видов в природе. Более 10 лет нами [5-10] ведутся комплексные ценопопуляционные исследования некоторых видов рода Tulipa L. на Южном Урале.
В данной работе рассмотрены результаты исследований внутри- и межпопуляционной изменчивости, структуры изменчивости морфологических признаков T. biebersteiniana , T. patens и T. riparia на Южном Урале.
Таблица. Локалитет, ценотическая характеристика, антропогенное воздействие ценопопуляций видов р. Tulipa L. на территории РБ
Ценопопуляция (номер, локалитет) |
Биотоп |
Характер и степень антропогенного воздействия |
||
1 |
2 |
3 |
||
Tulipa biebersteiniana |
||||
1. Баймакский район, с. Старый Сибай (хр. Ирандык) |
типчаковоковыльная степь |
выпас, средняя |
||
2. Баймакский район, с. Старый Сибай (хр. Ирандык) |
петрофитная степь |
выпас, средняя |
||
3. Баймакский район, п. Аркаим (хр. Ирандык) |
петрофитная степь |
выпас, средняя |
||
4. Баймакский район, с. Куянтаево |
– низкотрав-но – типчаковая степь |
сбитый выгон, сильная |
||
5. Баймакский район, с. Куянтаево |
низкотравно – типчаковая степь |
сбитый выгон, сильная |
||
6. Архангельский район, д. Азово |
широколист-венныйлес |
нет |
||
7. Белорецкий район, д. Реветь |
смешанный лес |
нет |
||
Tulipa riparia |
||||
8. Баймакский район, с. Куянтаево |
пойменный луг (пойма р. Сакмара) |
выпас, сильная |
||
9. Белорецкий район, д. Реветь |
пойменный луг (пойма р. Инзер) |
сенокошение, слабая |
||
Tulipa patens |
||||
10. Баймакский район, с. Старый Сибай (хр. Ирандык) |
петрофитная степь |
выпас, сильная |
||
11. Республика Башкортостан, г. Сибай (хр. Ирандык) |
петрофитная степь |
выпас, средняя |
||
Окончание таблицы |
||||
1 |
2 |
3 |
||
12. Хайбуллинский |
петрофитная |
выпас, силь- |
район, д. Гаделево |
степь |
ная |
13. Хайбуллинский район, д. Гаделево |
типчакоковыльная степь |
выпас, сильная |
14. Хайбуллинский район, с. Подольск |
типчакоковыльная степь |
выпас, сильная |
15. Зианчуринский район, с. Абзаново |
петрофитная степь |
выпас, средняя |
16. Зианчуринский район, с. Абзаново |
петрофитная степь |
выпас, средняя |
В ЦП каждого вида для анализа случайным образом отбирали по 30 генеративных особей. Провели измерения высоты генеративного побега (см), числа листьев (шт.), длины (см) и ширины (см) первого и второго листа, длины (см) и ширины (см) внутренних и внешних долей околоцветника. Уровни варьирования признаков приняты по Г.Н. Зайцеву [1]: CV <10% - низкий, CV = 1120% - средний, CV > 20% - высокий.
Структуру изменчивости морфологических признаков определяли в соответствии с имеющимися методиками [13]. В качестве показателя общей изменчивости использовали коэффициент вариации (CV, %), согласованной изменчивости -усредненный коэффициент детерминации признака (R2 ch ). Экологические характеристики местообитаний видов (увлажнение и богатство почв) определяли по составу видов в сообществах с использованием шкал Л.Г. Раменского с соавторами [12].
Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета программ STATISTICA 7.0 и MS EXCEL 2007.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Согласно литературным данным [11], T. bie-bersteiniana является наиболее распространенным видом на Южном Урале и встречается в различных местообитаниях (степи, остепненные луга, опушки лесов и т.д.). Нами выделены степные, лугово-степные и лесные местообитания данного вида. По характеру увлажнения, богатству и засоленности почвы T. biebersteiniana произрастает в условиях лугово-степного увлажнения и довольно богатых почв (ЦП 1 и 3), сухостепного увлажнения и довольно богатых почв (ЦП 4) и небогатых почв (ЦП 5), влажнолугового увлажнения и небогатых почв (ЦП 7). Экологические условия местообитаний T. patens мало отличаются между собой и характеризуются среднестепным и сухолуговым увлажнением и довольно богатыми почвами. Tulipa riparia встречается на местообитаниях с влажнолуговым увлажнением и небогатыми почвами.
Исследование межпопуляционной изменчивости T. biebersteiniana показало, что наибольшую степень изменчивости проявляют такие признаки, как высота генеративного побега (CV=38,0%), длина (CV=42,3-50,7%) и ширина (CV=38,8-42,2%) первого и второго листьев, длина (CV=21,3%) и ширина (CV=42,9%) внешних долей околоцветника, ширина (CV=47,5%) внутренних долей околоцветника. Длина внешних долей околоцветника характеризуется средней степенью изменчивости (CV=20,0%). Наименее варьируемый признак - число листьев (CV=7,5 %).
Анализ внутрипопуляционной изменчивости морфологических признаков вида показал, что относительно изменчивым признаком является высота генеративного побега (CV=20,1-34,6%). В среднем значение данного признака меняется в пределах от 12,2±0,77 см (среднее±стандартная ошибка, n=30) (ЦП 7, лес) до 30,5±1,24 см (сред-нее±стандартная ошибка, n=30) (ЦП 1, типчаковоковыльная степь). Изменчивость размерных параметров листьев меняется от средней до высокой, при этом параметры второго листа более вариабельны. Признаки цветка имеют также среднюю и высокую степень изменчивости, причем ширина лепестков более изменчива, чем длина. Наименее изменчивым признаком является число листьев. Как правило, растения имеют 2 листа, растения с 3 листьями встречаются редко, в лесных ЦП (6 и 7).
Согласно проведенным исследованиям T. patens на Южном Урале произрастает преимущественно в каменистых степях, со сходными эколого-ценотическими условиями. По срокам вегетации - это самый ранний вид из представленных видов рода Tulipa на Южном Урале. Для T. patens высокая межпопуляционная изменчивость выявлена для высоты генеративного побега (CV=35,2%), длины (CV=21,7-32,3%) и ширины (CV=42,2-50,7%) листьев. Средний уровень изменчивости проявляют такие признаки, как число листьев (CV=12,8%), длина внешних (CV=13,9%) и внутренних (CV=14,3%) долей околоцветника.
Внутрипопуляционная изменчивость вида в основном имеет средний и высокий уровни. Низкий уровень варьирования отмечается для длины внутренних долей околоцветника в ЦП 5 (CV=7,7 %) и ЦП 7 (CV=7,8%). Наиболее изменчивыми являются ширина первого (CV = 22,6-26,3%) и второго (CV = 24,5-34,5 %) листьев. Для остальных признаков характерен средний уровень изменчивости.
Для T. riparia выявлена средняя и высокая межпопуляционная изменчивость морфологических признаков. Средний уровень изменчивости имеет высота генеративного побега (CV=18,2%) и ширина первого листа (CV=20,2%). Для остальных признаков характерна высокая изменчивость (CV=21,1-35,4%). Такие же закономерности отмечены при рассмотрении внутрипопуляционной изменчивости. Кластерный анализ ЦП видов, проведенный по средним показателям морфологических признаков выявил 3 группы (рис.).
Tree Diagram for 16 Variables

Рис. Дендрограмма различий Tulipa biebersteiniana, Tulipa patens и Tulipa riparia на Южном Урале По горизонтали – номер ценопопуляций, по вертикали – расстояние объединения. Примечание: 1-7 – це-нопопуляции T. biebersteiniana , 8,9 – ценопопуляции T. riparia , 10-16 – ценопопуляции T. patens .
Один кластер составили ЦП T. biebersteiniana из степных и антропогенно-трансформированных местообитаний (сильный выпас) (ЦП 1-5). В пределах этой группы растения сходны по параметрам листьев и цветка. Особи в ЦП 1 характеризуются меньшим габитусом по сравнению с другими ЦП этой группы. Это, возможно, связано с ценотическими условиями – высоким проективным покрытие травостоя (40-45%), представленным в основном дерновинными злаками ( Festuca pseudovina, Stipa capillata , Agropyron pectinatum и др.). В этой группе наиболее развитыми растениями характеризуется ЦП 3. Две лесные ценопо-пуляции T. biebersteiniana (ЦП 6 и 7) не вошли в кластер с другими ЦП вида и составили переходную к другим видам группу. Особи этих ЦП отличаются эколого–ценотическими условиями произрастания и большими показателями длины генеративного побега, параметров листьев и цветков. Д.Е. Янышевский, по результатам исследований T. biebersteiniana на Нижней Волге, отмечает, что «в зависимости от местообитаний вид имеет две разновидности - более крупные растения являются тенелюбами, а мелкие присущи открытым солнечным местообитаниям» [14].
Во второй кластер вошли ЦП T. riparia из пойменных местообитаний (ЦП 8, 9). Растения ЦП 8 отличались относительно крупным габитусом, чем ЦП 9.
Третий кластер с наибольшим сходством средних параметров морфологической структуры составили ЦП T. patens . Растения в данной группе мало различаются между собой как по показателями вегетативной, так и показателями генеративной сферы.
Изучение структуры изменчивости морфологических признаков позволяет выявить влияние внешних факторов на изменение согласованности в изменчивости отдельных признаков растительного организма и тем самым определить уровень устойчивости и функционирования вида в небла- гоприятных условиях и при дефиците ресурсов [13].
Для выявления влияния внешних факторов на изменение согласованности в изменчивости отдельных признаков и определения уровня устойчивости и функционирования видов рода Tulipa в неблагоприятных условиях на Южном Урале, нами проведено изучение структуры изменчивости.
У T. riparia группу эколого–биологических индикаторов составили такие признаки как: длина генеративного побега, длина и ширина первого и второго листьев, ширина внешних долей околоцветника, у T. patens - высоты генеративного побега, длина и ширина второго листа. В группу биологических индикаторов у T. biebersteiniana вошли длина первого и второго листьев и T. riparia – длина внешних и внутренних долей околоцветника, у T. patens длина первого листа. Группу экологических индикаторов у T. bie-bersteiniana составили длина генеративного побега, ширина первого и второго листьев, ширина внешних долей околоцветника, у T. riparia – ширина второго листа, ширина внешних и внутренних долей околоцветника, у T. patens длина внешних долей околоцветника, длина внутренних долей околоцветника, которые характеризуются сильным варьированием и слабо согласован с изменениями других исследуемых признаков.
ВЫВОДЫ
Таким образом, при исследовании изменчивости и структуры изменчивости морфологических признаков ЦП видов рода Tulipa на Южном Урале, было выявлено проявление низкой, средней и высокой степени варьирования. При этом параметры вегетативных органов более изменчивы, тогда как признаки цветка относительно стабильны. Согласно кластерному анализу виды разделились на три группы в зависимости от условий произрастания (степь, лес и пойменный луг). При этом для T. biebersteiniana выделена дифференциация по ценопопуляциям и показано влияние экологических условий на развитие морфологических параметров. Также в зависимости от особенностей местообитаний выделены системные индикаторы, которые показывают общее развитие и адаптивные возможности видов в различных местах произрастания.
В целом, из приведенных результатов исследования следует, что виды имеют свою специфику развития в зависимости от условий среды и заложенного потенциала роста и развития.
Авторы выражают признательность к.б.н. Х.Х. Садыкову, сотрудникам Южно-уральского государственного природного заповедника М.Ш. Барлыбае-вой и Ю.В. Назаровой за содействие в поиске популяций видов.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ, проект № 14-04-31697 мол_а.
Список литературы Изменчивость морфологических признаков некоторых видов рода Tulipa L. на Южном Урале
- Зайцев Г.Н. Методика биометрических расчетов. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. М.: Наука, 1973. 256 с.
- Князев М.С., Куликов П.В., Филлипов Е.Г. Тюльпаны родства Tulipa biebersteiniana (Liliaceae) на Южном Урале//Бот. журн., 2001. Т. 86, Вып. 1. C. 111-118.
- Красная книга Республики Башкортостан: в 2 т. Т.1: Растения и грибы/, Уфа: МедиаПринт, 2011. 84 с.
- Кутлунина Н.А., Полежаева М.А., Пермякова М.В. Морфологический и генетический (AFLP) анализы видов тюльпанов родства Tulipa biebersteiniana (Liliaceae)//Генетика, 2013. Т. 49, № 4. С. 461-471.
- Муллабаева Э.З. О факторах, лимитирующих распространение редких видов рода Tulipa L. На Южном Урале//Проблемы красных книг регионов России: Материалы межрегион. научно -практической конференции. Пермь. 2006. С. 169-171.
- Муллабаева Э.З. Особенности биологии, ценопопуляционные характеристики, тактики и стратегии выживания некоторых редких видов семейства Liliaceae и Iridaceae на Южном Урале: Автореф. дисс. канд. биол. наук. Уфа, 2005. 20 с.
- Муллабаева Э.З., Ишмуратова М.М. Состояние ценопопуляций Tulipa biebersteiniana Schult. et Schult. fil. в Башкирском Зауралье//Итоги биологических исследований Башгосуниверситета. Уфа, 2002. С. 237-239.
- Муллабаева Э.З., Мухаметшина Л.В. Демографическая характеристика ценопопуляций Tulipa patens Agardh ex Schult. et Schult. fil в условиях Башкирского Зауралья//Биологические системы: устойчивость, принципы и механизмы функционирования: материалы IV Всерос. науч. -практ. конф. с международным участием. Нижнетагил. гос. соц.-пед. акад. Нижний Тагил. 2012. С. 76.
- Мухаметшина Л.В., Ишмуратова М.М., Муллабаева Э.З. Демографическая характеристика видов рода Tulipa L. на Южном Урале//Изв. Самар. НЦ РАН. 2013. Том 15, № 3 (4). С. 1398 -1401.
- Мухаметшина Л.В., Муллабаева Э.З. Некоторые характеристики ценопопуляций Tulipa patens Agardh ex Schult. et Schult. fil в Башкирском Зауралье//Охраняемые природные территории -основа экологической устойчивости региона: Материалы научно -практической конференции, посвященной 80 -летию Башкирского природного заповедника. -Уфа: АН РБ, Гилем. 2010. С. 120-125.
- Определитель высших растений Башкирской АССР/Ю.Е. Алексеев, К.К. Габбасов и др. М.: Наука, 1988. 316 с.
- Раменский Л.Г. и др. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. М.: Гос. изд-во сельского хозяйства, 1956. 530 с.
- Ростова Н.С. Корреляции: структура и изменчивость. СПб.: С.-Петерб. ун-та, 2002. 308 с.
- Янышевский Д.Е. Из жизни тюльпанов на Нижней Волге//Современная ботаника, 1934. №3. С. 72-109.