Изучение природного генофонда ресурсных видов растений, перспективных для селекции

Введение. Изучение растительного биоразнообразия планеты относится к числу наиболее современных направлений комплексных исследований, в котором одной из важнейших задач является поиск новых перспективных объектов для селекции, в первую очередь, за счет природного генофонда. Накопление и изучение материала, полученного в результате экспедиционных сборов, предварительно проводится в условиях интродукции, в процессе формирования биоресурсных коллекций, основными составляющими которых являются родовые комплексы.

Метод интродукции растений родовыми, филогенетическими комплексами, разработанный Ф.Н. Русановым (1974) [1], заключается в привлечении возможно большего числа видов исследуемого рода в конкретные, зачастую не свойственные им в природе, условия произрастания. Это помогает оценивать адаптивный потенциал, решать спорные таксономические вопросы, выявлять филогенетические связи. В настоящее время этот метод приобретает необычайную актуальность благодаря тому, что современный уровень экспериментальных исследований позволяет проводить так называемую генетическую паспортизацию изучаемых объектов при помощи молекулярногенетических исследований [2, 3].

Особый подход к изучению и сбору материала в природных местообитаниях необходим в том случае, когда виды родового комплекса яв- ляются одновременно и ресурсными (пищевыми, лекарственными, декоративными), и редкими. В этом случае при комплексном изучении ресурсных видов, особенно при сравнении эколого-биологических особенностей ex-situ и insitu, а также при отборе образцов для биоре-сурсных коллекций на первый план выходят вопросы изучения онтогенеза и репродуктивной биологии.

Одним из четырех основных направлений научной деятельности Центрального сибирского ботанического сада СО РАН является «сохранение и обогащение генофонда природной флоры методами акклиматизации, интродукции и селекции растений». В рамках данного направления решаются следующие проблемы: «Оценка морфогенетического потенциала популяций растений Северной Азии экспериментальными методами» и «Выявление путей адаптации растений к контрастным условиям обитания на популяционном и организменном уровнях». При решении данных проблем особое значение приобретают методические аспекты поиска в природе, введения в культуру, генетической паспортизации и вовлечения в селекционную работу ресурсных видов и форм лекарственных и декоративных растений.

Цель исследования : показать на примере представителей различных родовых комплексов возможности использования методик по сбору, изучению и идентификации материала и выделения форм, перспективных для селекции.

Задачи исследования:

• 1)    дать краткую характеристику популяционно-онтогенетических исследований и генетической паспортизации видов (на примере Rhaponticum Ludw.);

• 2)    представить схему изучения особенностей репродуктивной биологии видов и форм, перспективных для вовлечения в селекцию, на примере модельных объектов из родовых комплексов Trollius и Rosa.

Методы исследования. Популяционноонтогенетические исследования проводились по классическим методикам [4–7]. Генетическая паспортизация выполнялась по методике Ю.Н. Журавлева с соавторами (1999) [8], в которой при ISSR-маркировании проводится анализ полиморфных участков ДНК между микросателлитами.

При изучении фертильности пыльцы и завя-зываемости семян использовались традиционные методики [9], а также методические разработки З.К. Клименко, Д.К.Кузьменко, В.К. Зыковой (2017) и О.Ю. Васильевой (2002) [10, 11].

Результаты исследования и их обсуждение. Род Rhaponticum из семейства Asteraceae включает 23 вида, произрастающие от Атлантической Европы до Тихого океана. Один вид встречается в Австралии. Из них Rhaponticum serratuloides (Georgi) (Willd) Iljin и, особенно, R. carthamoides (Willd) Iljin, произрастающие в Сибири, представляют ценность в качестве лекарственных растений.

Поскольку хозяйственно ценными объектами в данном случае являются редкие и эндемичные виды, поиск в природе образцов, перспективных для вовлечения в селекцию, включает два этапа:

• 1.    Изучение состояния природных ценопопу-ляций редких, эндемичных и одновременно хозяйственно ценных видов для определения зрелых ценопопуляций с наиболее высокой плотностью особей, а также типа растительного материала, который можно извлечь с целью пополнения коллекционного генофонда.

• 2.    Молекулярно-генетические исследования для оптимального выбора образцов, позволяющих поддерживать гетерозиготность интродукционных популяций.

С целью сохранения и изучения генофонда в условиях ex situ редких и эндемичных Rhaponticum serratuloides и R. carthamoides (маралий корень) были проведены мониторинговые исследования в природных ценопопуляциях (ЦП) этих лекарственных видов, произрастающих в разных эколого-географических условиях Новосибирской области (НСО) и Республики Алтай (РА).

Мониторинг ценопопуляций редкого и одновременно ресурсного вида R. serratuloides проводился в Новосибирской области с целью оценки их состояния и выявления форм, представляющих интерес для интродукции и селекции, а также определения способа изъятия материала (семена или живые растения).

В 8 ценопопуляциях описано 4 онтогенетических периода и 7 возрастных состояний. Выявлено, что основными лимитирующими факторами для сохранения in situ вида R. serratuloides являются дигрессия природных растительных сообществ при выпасе сельскохозяйственных животных и распашка земель.

Результаты мониторинга показали, что растения четырех ценопопуляций не были обнаружены в районах с развитой хозяйственной дея- тельностью, где их местонахождения были от мечены 10–20 лет назад. Только две ценопопу ляции из восьми (ЦП 2 и ЦП 6) занимали доста точно большую территорию и характеризова лись высокой плотностью особей (табл. 1).

Таблица 1

Результаты мониторинга ЦП 2 (Барабинский р-н, Новосибирская обл.) R. serratuloides

Показатель	Значение
Экологическая плотность	4,85
Эффективная плотность	3,40
Дельта	0,31
Омега	0,70
Тип популяции по классификации «дельта-омега»	Зрелая
Индекс восстановления (Жукова)	0,56

Оценка состояния природных популяций редких и одновременно ресурсных лекарственных видов, из которых планируется получить (изъять) материал в виде живых растений или семян, показала, что для R. serratuloides в Ба-рабинском районе НСО возможен только ограниченный сбор семян.

Анализ демографических показателей популяций второго изучаемого вида, R. сarthamoides, произрастающих в Онгудайском (Семинский перевал), Кош-Агачском (Шавла) и Усть-Канском (г. Красная) районах Республики Алтай выявил, что ценопопуляция с горы Красной по классификации «дельта-омега» [7] также является зрелой, характеризуется высокой плотностью генеративных особей (табл. 2).

Таблица 2

Показатель	Значение
Экологическая плотность	2,65
Эффективная плотность	2,03
Дельта	0,40
Омега	0,77
Тип популяции по классификации «дельта-омега»	Зрелая
Индекс восстановления (Жукова)	0,24
Процент генеративных особей	77,36

Результаты мониторинга ЦП (гора Красная) R. carthamoides

Из ненарушенных популяций R. carthamoides предпочтительнее проводить сбор на г. Красная (к). Вместе с тем, для сохранения вида ex-situ нельзя допускать обеднения генофонда, поэтому необходимо привлекать образцы из различных частей ареала. Это подразумевает проведение молекулярно-генетических исследований для идентификации генотипов в популяциях.

Так, на основании анализа фрагментов ДНК, амплифицированных с использованием ISSR праймеров, показано, что наибольшее генетическое сходство наблюдалось между популяциями, произрастающими на на г. Красная (к) и Семинском перевале (с), а с популяцией, описанной из района Шавла (ш), коэффициент сходства наименьший (рис. 1).