Половой полиморфизм некоторых степных растений Центрально-черноземного заповедника
Автор: Демьянова Е.И.
Журнал: Вестник Пермского университета. Серия: Биология @vestnik-psu-bio
Рубрика: Ботаника
Статья в выпуске: 2, 2013 года.
Бесплатный доступ
В 1979-1981 гг. изучена структура популяций гинодиэцичных и гетеростильных растений. Половая структура гинодиэцичных видов неодинакова у разных видов, но вполне специфична для каждого из них. Засуха уменьшает долю женских растений в популяциях. Соотношение морфологических форм у гетеростильных растений близко 1:1.
Гинодиэция, половая структура популяций, гетеростилия
Короткий адрес: https://sciup.org/147204629
IDR: 147204629
Текст научной статьи Половой полиморфизм некоторых степных растений Центрально-черноземного заповедника
Под полиморфизмом понимают, следуя Э. Майру [1971], «наличие нескольких четко различных дискретных фенотипов внутри единой скрещивающейся популяции». Он может быть обнаружен при изучении изменчивости любых признаков.
Одним из проявлений полиморфизма у цветковых растений является половой полиморфизм. Последний обнаруживается не только в строении репродуктивных органов растений разной сексуализации, но и в иных признаках морфологического, физиологического и биохимического характера, особенностях строения кариотипа и т.д.
Степень изученности этого явления крайне неодинакова для разных половых типов растений. Более детальному исследованию подверглись двудомные и однодомные растения. У двудомных растений определены кариотипы для обеих сексуальных групп и изучены вопросы определения и наследования пола [Correns, 1928; Westergaard, 1958], детальному исследованию подверглись морфологические, физиологические и биохимические различия между особями разной сексуализации [Heslop-Harrison, 1957; Lloyd, Webb, 1977; Чайлахян, Хрянин, 1982 и др.]. Половая структура популяций (соотношение полов) у цветковых исследована преимущественно на примере двудомных растений, причем в основном у древесных форм. Распространение двудомности среди покрытосеменных определено в рамках мировой флоры [Yampolsky, Yampolsky, 1922] и для отдельных регионов [Lewis, 1942; McComb, 1966]. Обширная литература посвящена происхождению и эволюции двудомности, что связано с решением одного из принципиальных вопросов в ботанике — первичности или вторичности раздельнополости у растений [Arber a. Parkin, 1907; Тахтаджян, 1966, 1970; Первухина, 1970 и др.]. .
Однодомные растения исследованы, главным образом, в аспекте возможности смещения и регулирования пола у покрытосеменных [Чайлахян, 1947; Чайлахян, Хрянин, 1982 и др.]. Интерес к однодомным не случаен. Многие культурные растения относятся к этой сексуальной группе, вследствие чего эти вопросы приобретают особую практическую важность.
Что касается других половых типов и форм, особенно полигамных (гиномоноэцичные, гинодиэцич-ные, андромоноэцичные, андродиэцичные, три-эцичные)1, то они исследованы крайне недостаточно. Мало что известно о приуроченности указанных сексуальных форм к определенным семействам цветковых, о степени их распространения в природных популяциях, адаптивном значении разделения полов у них и т.д. Недостаточная изученность этих вопросов не позволяет составить объективное суждение о степени половой дифференциации отдельных таксонов цветковых растений и всего отдела в целом. Подобные сведения необходимы для выявления роли перекрестного опыления и самоопыления в жизни отдельного вида.
Особый интерес вызывает гинодиэция (женская двудомность). Эта половая форма широко распространена среди цветковых [Демьянова, 1985], но мало изучена. Как выяснилось, в локальных флорах она занимает второе место после гермафродитных растений [Демьянова, 2011]. Гинодиэция наиболее часто отмечается среди ' Caryophyllaceae и Lamiaceae.
Степень распространения гинодиэции среди цветковых, половая структура популяций гинодиэцичных растений и ее зависимость от экологических условий
-
1 явились предметом исследования, предпринятого в разных ботанико-географических районах [Демьянова, Надольская, 1982; Демьянова и др., 1984; Демьянова. 1990]. Одним из районов явилась северная лесостепь, в пределах которой расположен Центрально-Черноземный государственный природный биосферный заповедник имени профессора В.В. Алехина.
Кроме гинодиэцичных видов изучалась структура популяций гетеростильных растений. Цветки последних, будучи обоеполыми, по отношению друг к другу проявляют себя как однополые. Результативное опыление происходит только в том случае, если пыльца одной формы цветков попадает на рыльце пестика другой формы цветков. В норме структура популяций гетеростильных растений представлена одинаковым количеством морфологических форм: при дистилии длинно- и короткостолбчатыми (1:1), а при тристилии - длинно-, средне- и короткостолбчатыми (1:1:1). Нарушения в плотности и структуре популяций, фрагментированность последней приводят к расстройству семенной продуктивности.
Впервые на феномен гетеростилии (разностолбчатости) обратил внимание Ч. Дарвин в работе “Разные формы цветов у растений одного и того же вида” [Darwin, 1877]. Ныне это явление подверглось тщательному и многостороннему исследованию [Vuillemier, 1967; Nettancourt, 1977; Yeo, 1975; Ganders, 1979; Агаджанян, 2000; и мн. др.]. Согласно литературным сведениям, гетеростилия чаще всего встречается у многолетних трав с энтомофильным опылением. При гетеростилии имеет место самонесовместимость при опылении цветков с одинаковым по высоте расположением тычинок и столбиков (гетероморфная несовместимость). В популяциях гетеростильных растений могут встречаться и гомостильные (равностолбиковые) формы. Последние самосовместимы.
Организация исследований
Наблюдения проведены в 1979-1981 гг. в Центрально-Черноземном государственном природном биосферном заповеднике (ЦЧЗ). Последний включает пять территориально разобщенных участков, четыре из которых (Стрелецкая и Казацкая степи, Баркаловка и Букреевы Бармы) расположены в Курской области, а Ямская степь находится в Белгородской области. Исследования по интересующему нас вопросу осуществлены в основном на территории самого большого участка заповедника - Стрелецкого, находящегося в 90 км к югу от г. Курска. Отдельные наблюдения сделаны и на других участках заповедника2.
Стрелецкий участок находится в юго-западной части Среднерусской возвышенности на водоразделе Сейма и Пела. Местность прорезана довольно глубокими балками с многочисленными разветвлениями.
ЦЧЗ расположен в зоне умеренно-холодного климата и умеренного увлажнения. Среднегодовая температура воздуха +5.3 "^Годовая сумма осадков, составляющая 570 мм, превышает величину годового испарения (408 мм). Наибольшие суммы осадков отмечаются, как правило, в летние месяцы. Преобладающими являются ветры западного направления. Зима пасмурная, ветреная, с небольшими морозами. Средняя температура января составляет -6.4 э328 Лето теплое (средняя температура июля +192^8 Вегетационный период в условиях заповедника продолжается в среднем 190 дней.
Приведенная климатическая характеристика верна для Стрелецкого и Казацкого участков. На остальных участках (Баркаловке, Букреевых Бармах и Ямском) основные климатические показатели несколько иные. Среднегодовая температура воздуха в Баркаловке и Букреевых Бармах на 0.5 ^иже, чем на Стрелецком участке. Годовая сумма осадков составляет 518 мм на Баркаловке и Букреевых Бармах и еще ниже (495 мм) - на Ямском участке.
Остановимся подробнее на метеорологической характеристике сезонов, в которые мы проводили наблюдения (1979-1981 гг.). Количество осадков и распределение их в течение теплого времени важны для интерпретации полученных нами данных по половой структуре популяций гинодиэцичных видов.
За три года наблюдений наиболее влажным оказался 1980 г., более сухим - 1981 г., а 1979 г. - засушливым. Теплый период 1979 г. характеризовался необычным термическим режимом и режимом осадков. Конец апреля, май и июнь отличались быстрым ростом тепла и незначительным количеством осадков. Особенно жаркими и сухими выдались май и июнь с количеством осадков соответственно 5.1 и 10.6 мм (при средней многолетней норме 56 и 62 мм). Напротив, июль оказался чрезвычайно влажным: за этот месяц выпало 214 мм осадков, что почти втрое превысило обычную норму. Избыточное увлажнение отличало сентябрь и октябрь. Крайне неравномерное распределение осадков способствовало сильнейшей засухе в первой половине лета и переувлажнению - во второй. По данным метеостанции заповедника (и всего Центрального Черноземья) не отмечалось столь продолжительной и сильной засухи.
В 1980 г. май был несколько суше и холоднее, а июнь, напротив, более влажным в сравнении со средними многолетними данными. Июль оказался несколько прохладнее и суше, а август и сентябрь более влажными по сравнению с обычной нормой. В 1981 г. май и июнь были теплее и суше обычного.
Почвенный покров представлен в основном тре- мя подтипами мощных черноземов: типичным, выщелоченным и оподзоленным. Черноземы заповедника отличаются значительным содержанием гумуса в верхнем перегнойно-аккумулятивном горизонте - от 6.3 до 11%. Мощность гумусового горизонта -80-95см.
В ботанико-географическом отношении район исследования относится к подзоне луговых степей и остепненных лугов восточноевропейской лесостепной провинции Причерноморско-Казахстанской подобласти Евразиатской степной области [Лавренко, 1980].
В заповеднике не разрешена никакая хозяйственная деятельность, за исключением сенокоса. Выделены абсолютно заповедные, некосимые территории, на остальных участках введен четырехпольный сенокосооборот: 1 раз в 4 года трава не скашивается для пополнения запаса семян в почве.
Половую структуру растений определяли во время массового цветения вида путем визуального просмотра цветков на всех одновременно цветущих особях. Учет растений проводили методом ходовых линий: при этом просматривались все растения подряд, независимо от их обилия. Подсчеты, сделанные в отдельных ценопопуляциях (обычно 5-7), суммировались для местной популяции в целом. По возможности подсчеты производились в разных местообитаниях для учета специфики распространения разных половых форм и обеспечения достоверности полученных данных. В зависимости от обилия того или иного вида для каждого из них за один сезон просматривалось от нескольких сотен до нескольких тысяч особей [Пономарев, Демьянова, 1975; Демьянова, Пономарев, 1979; Демьянова, 2011].
У гетеростильных растений раздельно подсчитывались флоральные формы. Морфологические формы, как и половые, учитывались в нескольких ценопопуляциях.
I. Соотношение полов в популяциях гинодиэцичных видов
В ЦЧЗ изучена половая структура популяций у 42 видов из 10 семейств - Apiaceae, Boraginaceae, Campanulaceae, Caryophyllaceae, Dipsacaceae, Geraniaceae, Lamiaceae, Polemoniaceae, Scrophulariaceae, Valerianaceae.
По участию женских особей в популяциях гинодиэцичных растений мы условно разделяем их на 6 групп (табл. 1).
Таблица 1
Половая структура природных популяций гинодиэцичных растений Центрально-Черноземного заповедника (1979-1981 гг.)
Название растений |
Численность1 женской формы, % |
Всего учтенных растений |
Средний уровень женской формы, % |
||
1979 |
1980 |
1982 |
Доля женской формы меньше 1%*
Stachys recta |
0.19 2052 |
0 2031 |
0 2062 |
6145 |
0.06 |
Polemonium caeruleum |
- |
0.14 1446 |
0.29 1726 |
3172 |
0.22 |
Echium maculatum |
1.04 2870 |
0.06 1654 |
0.34 1777 |
6301 |
0.48 |
Geranium palustre |
- |
0.1 987 |
0.9 333 |
1320 |
0.5 |
Prunella vulgaris |
- |
0.14 2175 |
1.47 2174 |
4349 |
0.81 |
Prunella grandiflora |
- |
1.6 437 |
0.09 1092 |
1529 |
0.85 |
Доля женской формы от 1 до 10%
Valeriana rossica |
0.59 1849 |
- |
1.77 1184 |
3033 |
1.18 |
Echium vulgare |
2.33 3078 |
1.45 2212 |
0.23 2617 |
7907 |
1.34 |
Silene viscosa |
- |
1.5 1840 |
- |
1840 |
1.51 |
Salvia verticillata |
2.89 3035 |
1.34 1865 |
0.38 2117 |
7017 |
1.54 |
Campanula bononiensis |
1.57 1334 |
- |
- |
1334 |
1.571 |
Coronaria flos-cuculi |
- |
- |
1.8 439 |
439 |
1.81 |
Campanula rotundifolia |
3.25 3008 |
1.39 2225 |
1.4 2292 |
7525 |
2.01 |
Campanula sibirica |
2.19 3876 |
2.41 1782 |
3.67 2073 |
7731 |
2.76 |
Clinopodium vulgare |
5.7 3053 |
1.4 2284 |
1.75 2338 |
7675 |
2.95 |
Окончание табл. 1 |
|||||
Название растений |
Численность1 женской формы, % |
Всего учтенных растений |
Средний уровень женской формы, % |
||
1979 |
1980 |
1982 |
|||
Geranium pratense |
7.71 3019 |
0.41 2439 |
1.11 3152 |
8610 |
3.08 |
Campanula rapunculoides |
4.3 1483 |
1.34 1342 |
4.55 1363 |
4188 |
3.4 |
Campanula persicifolia |
5.16 3701 |
2.54 2278 |
3.05 2590 |
8569 |
3.58 |
Scabiosa ochroleuca |
4.3 3253 |
1.19 1939 |
6.3 911 |
6103 |
3.93 |
Pedicularis kaufmannii |
5.49 3497 |
5.95 1478 |
5.22 900 |
5875 |
5.55 |
Salvia nutans |
3.98 3318 |
9.61 1020 |
5.19 2603 |
6941 |
6.26 |
Geranium sanguineum |
6.5 3626 |
8.29 2062 |
7.38 1098 |
6786 |
7.39 |
Geranium sylvaticum |
8.41 3896 |
12.3 2960 |
3.19 3795 |
10651 |
7.97 |
Knautia arvensis |
9.3 3709 |
8.11 1974 |
8.41 1463 |
7146 |
8.61 |
Dianthus deltoides |
19.24 2105 |
2.53 2567 |
4.87 1190 |
5862 |
8.88 |
Доля женской формы от 10 до 20% |
|||||
Dracocephalum ruyschiana |
18.68 3094 |
21.01 1523 |
9.02 1186 |
5803 |
16.24 |
Viscaria vulgaris |
22.06 4057 |
14.07 1690 |
14.65 1713 |
7460 |
16.93 |
Daucus carota |
- |
- |
17.4 311 |
311 |
17.4 |
Salvia pratensis |
25.3 5056 |
24.4 2212 |
4.48 5245 |
12513 |
18.06 |
Seseli libanotis |
30.08 3082 |
12.83 2244 |
15.82 2143 |
7469 |
19.58 |
Eremogone micradenia |
28.59 5008 |
22.39 2211 |
8.09 4965 |
12184 |
19.69 |
Доля женской формы от 20 до 30% |
|||||
Stellaria graminea |
4.61 3601 |
5.74 2143 |
52.0 3625 |
9369 |
20.78 |
Nepeta pannonica |
32.7 3000 |
17.87 2558 |
21.44 2463 |
8021 |
24.0 |
Silene nutans |
21.86 1953 |
34.71 2057 |
17.46 899 |
4909 |
24.68 |
Gypsophila altissima |
33.45 2326 |
- |
23.61 824 |
3150 |
28.53 |
Доля женской формы от 30 до 40% |
|||||
Glechoma hederacea |
35.75 2489 |
36.59 1454 |
33.23 1297 |
5240 |
35.19 |
Dianthus andrzejowskianus |
30.0 404 |
35.56 1610 |
53.77 1285 |
3299 |
39.78 |
Доля женской формы больше 40% |
|||||
Thymus х tschernjajevii |
60.39 621 |
44.06 2289 |
37.57 189 |
3099 |
47.34 |
Origanum vulgare |
- |
46.56 479 |
60.47 548 |
1027 |
53.52 |
Thymus marschallianum |
56.57 3410 |
50.17 7847 |
78.41 4688 |
15945 |
61.7 |
Gypsophila paniculata |
65.6 1157 |
- |
- |
1157 |
65.61 |
Obera behen |
- |
- |
69.7 2035 |
2035 |
69.71 |
1 В числителе - численность женской |
юрмы, %, в знаменателе - число учтенных растений, шт. |
Первая группа включает 6 видов из 4 семейств: Lamiaceae (3 вида), Polemoniaceae (1), Geraniaceae (1), Boraginaceae (1). В этой группе пестичные особи встречаются крайне редко. Их можно обнаружить лишь при достаточно большой выборке материала.
Вторая группа наиболее многочисленна. Она представлена 19 видами из 8 семейств: Campanulaceae (5 видов), Caryophyllaceae (3), Geraniaceae (3), Lamiaceae (3), Dipsacaceae (2), Boraginaceae (1), Scrophulariaceae (1), Valerianaceae (1). Пестичные особи в этой группе довольно обычны, хотя и встречаются в популяциях в сравнительно небольшом числе.
У растений 1-й и 2-й групп широко представлена гиномоноэция. В 1-й группе число гиномоноэцичных особей в популяциях гораздо выше пестичных, что свидетельствует о едва начавшемся у них разделении полов. Во 2-й группе аналогичное положение свойственно Valeriana rossica, Silene viscosa, Salvia verticillata, Echium vulgare, Coronaria flos-cuculi, Geranium pratense. Так, например, у Salvia verticillata доля пестичных особей в популяции в 1979 г. была почти в два раза меньше гиномоноэцичных (соответственно 2.89 и 5.52%), а у Echium vulgare в этом же году соответственно 2.33 и 5.65%. У других растений этой группы гиномоноэцичные особи встречаются гораздо реже (Dianthus deltoides, Geranium sylvaticum и другие) или совсем не отмечены (виды Campanula L., Pedicularis kaufmannii).
Переход от обоеполого цветка к пестичному андростерильному особенно хорошо прослеживается на примере видов Geranium L., у которых наряду с гермафродитными, пестичными и гиномо-ноэцичными особями встречаются растения с цветками переходного типа. Последние имеют как тычинки со зрелыми пыльниками, так и с редуцированными. Их количественное соотношение может быть самым разным: процессом редукции может быть охвачено от 1 до 8-9 тычинок. Числом редуцированных тычинок и определяется размер таких обоеполых цветков: чем их больше, тем меньше размеры обоеполых цветков. При большом числе редуцированных тычинок (8-9) обоеполые цветки по размерам приближаются к пестичным.
У большинства растений 1-й группы пестичные особи чаще встречаются в условиях лучшего увлажнения. Так, например, у Geranium sylvaticum процент пестичных форм на лесных полянах Дуб-рошины и Дедова Весёлого был всегда выше по сравнению с открытыми местообитаниями. В 1979 г. в верхней части северного склона Петрина лога обнаружены почти чистые заросли герани лесной. Из просмотренных 1080 особей лишь 27 оказались пестичными (2.5%), а на полянах Дедова Весёлого из 1371 учтенной особи - 165 - пестичными (12.03%).
У Scabiosa ochroleuca пестичная форма в Ямской степи встречается чаще, чем в Стрелецкой. Так, доля андростерильных особей в 1979 г. на обоих участках составляла соответственно 11.22 и 2. 29%.
Обращает на себя внимание, что в 1 и 2-й группах гинодиэцичных растений оказались все исследованные виды Geranium L. (4 вида), Campanula L. (5), Echium L. (2) и Prunella L. (2). Столь явно выраженное совпадение свидетельствует не только о параллельном (одновременном) процессе половой дифференциации, протекающей в родственных таксонах, но и о его примерно одинаковой «скорости» (степени).
Однако так бывает далеко не всегда. Во многих случаях виды одного и того же рода оказываются совершенно различными по степени половой дифференциации. Примером тому могут служить виды Salvia L., Dianthus L. и некоторых других родов.
Третья группа включает 6 видов из 3 семейств (Apiaceae, Caryophyllaceae), к каждому из которых относится по два гинодиэцичных вида. Женская двудомность в этой группе представляет вполне устойчивое половое состояние и как система скрещивания, по-видимому, имеет важное значение для видов, относящихся к ней.
Среди растений 3-й группы Dracocephalum ruyschiana выделяется высокой численностью гиномоноэцичных особей. В отдельных ценопопуля-циях их число достигает 7-8%. Соотношение обоеполых и пестичных цветков на гиномоноэцичных особях неодинаково: у одних экземпляров преобладают обоеполые цветки, а пестичные немногочисленны, у других, напротив, превалируют пестичные. Переходные формы (с одной или двумя редуцированными тычинками) отмечались значительно реже: численность их не превышала 2-3%. На широкое распространение гиномоноэции у сибирских видов Dracocephalum L. указывает и И.Н. Гуськова [1987]. В ЦЧЗ змееголовник Рюйша наиболее обилен в некосимой степи, а также в светлых разреженных лесах, на их полянах и опушках. Именно в таких местообитаниях нами обнаружена и большая доля женских особей в ценопопуляциях змееголовника Рюйша.
У Seseli libanotis доля пестичных форм в ЦЧЗ оказалась гораздо выше в сравнении с троицкими популяциями.
Их фракция была особенно большой в 1979 г. (30.1%). Затем после засушливого сезона резко уменьшилась в 1980 г. Некоторый подъем отмечен лишь в 1981 г.
У Daucus carota соотношение половых форм исследовано лишь в 1981 г. по краю клеверного поля. Доля пестичных форм (17.4%) оказалась гораздо выше, чем это показано по наблюдениям А.Н. Пало нова и В.П. Зверевой [1969] для южных районов Пермского края. Вполне отчетливо выра- женная «очаговость» в распространении обеих форм, по-видимому, связана с наличием ЦМС [Welch, Grimball, 1947; Thompson, 1961; Папонов, Зверева, 1969; и др.].
У большинства растений 3-й группы достаточно заметно проявилось последствие засухи 1979 г.: вероятно, элиминации, в первую очередь, подверглись розетки с женской потенцией. В 1981 г. обнаружено резкое падение пестичных форм у Salvia pratensis, Dracocephalum ruyschiana, Eremogone micradenia. Другие растения этой же группы отреагировали еще быстрее: снижение уровня пестичной формы обнаружено сразу же после засушливого сезона - в 1980 г. (Viscaria vulgaris).
К 4-й группе относится 4 вида из 2 семейств: Caryophyllaceae (2 вида) и Lamiaceae (2). В популяциях видов, входящих в эту группу, женская двудомность обычна и широко распространена. У Silene nutans и Stellaria graminea хорошо выражена «очаговость» в распространении обеих форм, связанная, прежде всего, с вегетативным размножением. Подобное положение у названных видов зафиксировано в Кунгурском (Пермский край) и Троицком заказниках. У Gypsophila altissima соотношение полов определено лишь однажды (в 1979 г.) на меловых холмах Баркаловки. В этих местообитаниях качим высочайший образует почти чистые заросли. Участие пестичных особей (33.45%) оказалось ниже, чем в Троицком заказнике по средним многолетним данным (53.1%). Не исключено, что доля пестичных особей у качима высочайшего в популяциях ЦЧЗ в другие годы может быть иной, чем в сухом 1979 г.
К 5-й группе относится 2 вида из 2 семейств: Lamiaceae и Caryophyllaceae. Обращает на себя внимание ясно выраженная «очаговость» в распространении половых форм у Glechoma hederacea, связанная, прежде всего, с интенсивным вегетативным размножением. Подобная картина отмечена у будры плющевидной и в Кунгурском заказнике.
Dianthus andrzejowskianus на Стрелецком и Казацком участках ЦЧЗ довольно немногочисленна. Ее обилие несколько выше на Баркаловке, но особенно много ее в Ямской степи. Здесь доля пестичных форм в популяциях гвоздики Андржеевского в два раза выше по сравнению со Стрелецкой степью. Как и в случае с Dracocephalum ruyschiana, при большом обилии того или иного вида в определенных фито ценозах возрастает и участие пестичных особей в половой структуре популяций.
Последняя (6-я) группа объединяет 5 растений из 2 семейств: Lamiaceae и Caryophyllaceae. Обратимся к конкретным примерам.
У близких в систематическом отношении видов Thymus L. (Г. marschallianus и Г. 2 tschernjajevii), к тому же произрастающих в довольно сходных экологических условиях, половая структура популяций при первоначальном ее определении оказалась довольно близкой. Однако после засухи 1979 г. у тимьяна Черняева отмечено значительное уменьшение пестичных особей в составе популяции. Локальная популяция этого вида, произрастающая на участке, отведенном под пастбище, с неровным кочковатым рельефом, в засушливый год пострадала гораздо больше, чем популяция т. Маршалла в косимой и тем более некосимой степи. Последействие засухи на популяцию т. Чернова сказывалось еще и в 1981 г.
У т. Маршалла, как и в Троицком заказнике, пестичные формы чаще встречались в местообитаниях с более благоприятными почвенными условиями. Особенно высок их процент в некосимой степи. Наши наблюдения согласуются с данными французских исследователей [Domme, 1976; Domme at al., 1978], полученными для Т. vulgaris, о том, что сухость воздуха и почв в сочетании с интенсивной солнечной инсоляцией, а также каменистый субстрат со слабо развитым почвенным профилем менее благоприятны для пестичных особей. В таких условиях их участие минимально.
У Gypsophila paniculata, как и у тимьянов, зарегистрирован высокий для гинодиэцичных видов процент пестичных особей. К сожалению, подсчеты в данном районе сделаны лишь однажды. Соотношение полов определено в популяции, произрастающей по обочине дороги, ведущей на Ямской участок (Старооскольский район). Уместно заметить, что процент пестичных особей в популяции качима метельчатого из этого района наблюдений гораздо выше по сравнению с популяцией из Троицкого заказника.
У Oberna behen обнаружен высокий процент пестичных особей. Подсчеты проведены в посевах пшеницы в Букреевых Бармах и на клеверном поле близ Селиховых Дворов в 1981 г. Доля пестичных особей составляла соответственно 70.2 и 69.1%. Такая же доля пестичных особей зарегистрирована и на сеяном пастбище в Троицком заказнике в 1973 г. [Пономарев, Демьянова, 1975; Демьянова, Пономарев, 1979]. Навряд ли такое совпадение случайно. По-видимому, в условиях достаточно хорошего увлажнения этому растению свойственна высокая фракция пестичных особей.
II. Соотношение полов в популяциях гетеростильных видов
Нами была исследована структура популяций 5 гетеростильных растений: Primula veris L. (сем. Primulaceae), Linum perenne L., L. flavum L., L. nervosum Waldst. et Kit., L. ucrainicum Czern. (сем. Linaceae). Все изученные виды относятся к дистальным, представленным только длинно- и коротко-столбчатыми формами, хотя в пределах Linum L. и Primula L. отмечена тристилия и гомостилия [Piper at al., 1984; Richards, 1984; Boyd et al., 1990]. Co- гласно упомянутым авторам, в популяциях Primula vulgaris зарегистрированы дистильные и гомостиль-ные формы, причем пропорция последних может быть высокой [Crosby, 1940]. Такое же положение обнаружено у Linum tenuifolium [Nicholls, 1985].
Как видно из табл. 2, в районе исследования у изученных видов не обнаружено существенных нарушений в структуре популяций. Некоторое смещение в соотношении форм наблюдалось только в отдельных ценопопуляциях, связанное прежде всего с наличием вегетативного размножения. Так, например, в 1981 г. на хорошо освещенной лесной опуш ке Дуброшина среди 94 подсчитанных особей превалировали длинностолбчатые - 52 особи (62.77%), а короткостолбчатые составляли 35 растений (37.23%), в то время как в тени деревьев из 55 подсчитанных особей представленность форм оказалась почти одинаковой (49.09% длинностолбчатых и 50.91% короткостолбчатых). Отклонения в численном соотношении короткостолбчатых и длинностолбчатых особей от ожидаемого (1:1) с преобладанием длинностолбчатых отмечено и у других видов первоцвета (Р. macrocalyx, Р. ruprechtid в Дагестане [Магомедмирзаев, Хабибов, 1973].
Таблица 2
Структура популяций некоторых гетеростильных растений Центрально-Черноземного заповедника в 1979-1981 гг.
Название растений |
Г од исследования |
Морфологическая форма, % |
Число учтенных растений, шт. |
|
длинностолбчатая |
короткостолбчатая |
|||
Primula veris |
1979 |
49.53 |
50.47 |
1500 |
1980 |
52.50 |
47.50 |
1350 |
|
1981 |
57.72 |
42.28 |
854 |
|
Linum pratense |
1979 |
50.13 |
49.87 |
1492 |
1980 |
51.45 |
48.55 |
1320 |
|
1981 |
47.40 |
52.60 |
1244 |
|
Linum flavum |
1979 |
50.29 |
49.71 |
1616 |
1980 |
49.03 |
50.97 |
1860 |
|
1981 |
47.91 |
52.09 |
2083 |
|
Linum nervosum |
1981 |
50.08 |
49.92 |
659 |
Linum ucrainicum |
1981 |
52.55 |
47.45 |
432 |
В целом же в исследуемом районе соотношение морфологических форм гетеростильных растений оказалось практически равным. По нашему мнению, подобное положение связано с тем, что наблюдения проводились на охраняемой территории в условиях заповедного режима. Можно предположить, что у этих видов гарантирован успех и в семенном размножении. Нарушения в структуре популяций, уменьшение размера и фрагментированность последней крайне неблагоприятны для семенного размножения гетеростильных видов [Matsumara, Washitani, 2000; Brys et al, 2004]. Данные обстоятельства необходимо учитывать при интродукции и реинтродукции гетеростильных растений.
В заключение отметим, что в результате трехлетних наблюдений в ЦЧЗ можно свидетельствовать о сравнительной устойчивости половой структуры популяций гинодиэцичных видов. Соотношение половых форм в их популяциях может служить одной из биологических характеристик вида. Однако в неблагоприятных условиях (например, в засушливые годы) структура таких популяций подвержена значительным колебаниям за счет резкого снижения доли женских форм, более требовательных к условиям местообитания, прежде всего лучшего почвенного увлажнения. Что касается гетеростильных форм, то в исследуемом районе структура их популяций находится во вполне благополучном состоянии, и соотношение их морфологических форм (длинно- и короткостолбчатых) приближается к равенству.
Список литературы Половой полиморфизм некоторых степных растений Центрально-черноземного заповедника
- Агаджанян А.М. Распространённость и распределение гетеростилии в системе покрытосеменных//Успехи соврем. биол. 2000. Т. 120, № 4. С. 348-360.
- Гуськова И.Н. Гинодиэция видов семейства яснотковых в Сибири//Тез. докл. совещания по цветению, опылению и семенной продуктивности растений. Пермь, 1987. С. 40.
- Демьянова Е.И. Распространение гинодиэции у цветковых растений//Бот. журн. 1985. Т. 70, № 10. С. 1289-1301.
- Демьянова Е.И. Половой полиморфизм цветковых растений: автореф. дис.. докт. биол. наук. М., 1990. 35 с.
- Демьянова Е.И. Спектр половых типов и форм в локальных флорах Урала (Предуралья и Зауралья)//Бот. журн. 2011. Т. 96, № 10. С. 1297-1315.
- Демьянова Е.И., Мухлынина Э.Н., Козина Т.А. Половая структура природных популяций гинодиэцичных растений Хомутовской степи//Экология опыления растений. Пермь, 1984. С. 15-25.
- Демьянова Е.И., Надольская Е.И. К изучению полового полиморфизма растений целинной степи заповедника Аскания-Нова//Экология опыления растений. Пермь, 1982. С. 70-79.
- Демьянова Е.И., Пономарёв А.Н. Половая структура природных популяций гинодиэцичных и двудомных растений лесостепи Зауралья//Бот. журн. 1979. Т. 64, № 7. С. 1017-1024.
- Лавренко Е.М. Причерноморские настоящие (типичные) и пустынные степи//Растительность Европейской части СССР. Л.: Наука, 1980. С. 231-254.
- Магомедмирзаев М.М., Хабибов А.Д. О генетическом диморфизме в природных популяциях первоцвета//Журн. общ. биологии. 1973. Т. 34, № 4. С. 483-487.
- Майр Э. Принципы зоологической систематики. М.: Мир, 1971. 454 с.
- Папонов А.Н., Зверева В.П. Некоторые тенденции антэкологии в популяциях Daucus carota L.//Вопросы антэкологии: материалы к симпозиуму по антэкологии. Л.: Наука, 1969. С. 30-40.
- Первухина Н.В. Проблемы морфологии и биологии цветка. Л.: Наука, 1970. 167 с.
- Пономарёв А.Н., Демьянова Е.И. К изучению гинодиэции у растений//Бот. журн. 1975. Т. 60, № 1. С. 3-15.
- Прозоровский НА. Центрально-Черноземный заповедник им. проф. В.В. Алехина//Заповедники Советского Союза. М.: Колос, 1969. С. 281-286.
- Розанова М.А. Проблема пола у высших растений//Теоретические основы селекции растений. М.; Л., 1935. С. 145-162.
- Тахтаджян А.Л. Система и филогения цветковых растений. М.; Л.: Наука, 1966. 610 с.
- Тахтаджян А.Л. Происхождение и расселение цветковых растений. Л.: Наука, 1970. 144 с.
- Чайлахян М.Х. Восприимчивость цветковых к паразитам и пол растений//ДАН СССР. 1947. Т. 61, № 3. С. 321-332.
- Чайлахян М.Х., Хрянин В.Н. Пол у растений и его гормональная регуляция. М.: Наука, 1982. 172 с.
- Arber N., Parkin J. On the origin Angiosperm//J. Linn. Soc. Bot. 1907. Vol. 38, № 1. P. 29-80.
- Boyd M., Silvertown J., Tucker C. Population ecology of heterostyle and homostyle Primula vulgaris: growth, survival and reproduction in field populations//J. Ecol. 1990. Vol. 78, № 3. P. 799813.
- Brys R., Jacquemyn H., Endels P., Van Rossum F., Hermy M., Triest L., De Bruyn L., Blust G. Reduced reproductive success in small populations of the self-incompatible Primula veris//J. Ecol. 2004. Vol. 92, № 3. P. 5-14.
- Correns C. Bestimmung, Vererbung und Verteilung des Geschlechts nach neun Versuchen mit hoheren Pflanzen//Handb. Vererbung Wissenschaft. 1928. Bd. 2. S. 1-138.
- Crosby J.L. High proportions of homostyle plants in populations of Primula vulgaris//Nature. 1940. T.145. P. 672-673.
- Darwin C. The different forms of flowers on plants of the same species. London: John Murray. 1877. 352 p.
- Domme B. La sterile male chez Thymus vulgaris L.: repartition ecoloque dans la region mediterraneenne francaise//Comp. Rend. Hebdomadaires des Eciances de l'Academie des Sciences. 1976. Vol. 282. P. 65-68.
- Ganders F. The biology of heterostyly//New Zealand J. Bot. 1979. Vol. 17, № 4. P. 607-635.
- Heslop-Harrison J. The experimental modification of sex expression in flowering plants//Biol. Rev. 1957. Vol. 32. P. 38-90.
- Lewis D. The evolution of sex in flowering plants//Biol. Rev. 1942. Vol. 17, № 1. P. 46-67.
- Lloyd D.G., Webb C.J. Secondary sex characters in seed plants//Bot. Rev. 1977. Vol. 43. P. 177-216.
- Matsumara C., Washitani J. Effects of population size and pollinator limitation on seed-set Primula sieboldii populations in a fragment landscape//Ecol. Res. 2000. Vol. 15, № 3. P. 307-322.
- McComb J.A. The sex forms of species in the floral of the south-west of Western Australia//Austral. J. Bot. 1966. Vol. 14, № 3. P. 303-316.
- Nettancourt D. de. Incompatibility in Angiosperms. N.Y: Springer, 1977. 230 p.
- Nicholls M.S. The evolutionary breakdown of distyly in Linum tenuifolium (Linaceae)//Plant Syst. and Evol. 1985. Vol. 150, № 3-4. P. 291-301.
- Piper J.G., Charleswort B., Charleswort D. A high rate of self-fertilization and increased seed fertility of homostyle primroses//Nature. 1984. Vol. 310, № 5972. P. 50-51.
- Richards A.J. The sex life of primroses//Nature. 1984. Vol. 310, № 5972. P. 12-13.
- Thompson D.J. Studies on the inheritance of malesterility in the carrot, Daucus carota L. var. sativa//Proc. Amer. Soc. Hort. Sci. 1961. Vol. 78. P. 332-338.
- Vuilleumier B.S. The origin and evolutionary development of heterostyly in the Angiosperms//Evolution. 1967. Vol. 21. P. 210-225.
- Welch J.E., Grimball E.L. Male sterility in the carrot//Science. 1947. Vol. 106, № 2763. P. 954.
- Westergaard M. The mechanism of sex determination in dioecious flowering plants//Advances in Genetics. 1958. Vol. 9. P. 217-281.
- Yampolsky C., Yampolsky H. Distribution of sex in the phanerogamic flora//Bibliotheca Genetica. Leipzig. 1922. Vol. 3. P. 1-62.
- Yeo P.F. Some aspects of heterostyly//New Phyt. 1975. Vol. 75, № 1. P. 147-153.