Проблема качества семян редких растений в свете сохранения биологического разнообразия региона

П роблеме сохранения биологического разнообразия (биоразнообразия) уделяется в мире все больше внимания. Биологическое разнообразие – важнейший показатель устойчивости экосистем и биосферы в целом. Уничтожение, загрязнение и разрушение человеком на протяжении столетий природных местообитаний, чрезмерное изъятие природных популяций растений, интродукция чужеродных видов повлекли за собой катастрофическое обеднение флоры и фауны планеты. Интерес к оценке и сохранению биологического разнообразия растет (Красилов, 1996). Различают три основные причины, по которым для человечества важно остановить процесс исчезновения видов:

• -    необходимость предотвратить нарушение экосистемных и биосферных функций, выполняемых живым веществом планеты (Сенатор, Саксонов, 2014),

• -    ресурсное значение живых организмов (Саксонов, 2005; Саксонов, Сенатор, 2013),

• -    морально-эстетические факторы (Мамаев, Махгнев, 1996; Артамонов, 1998; Борейко, 1999; Конева и др., 2009).

Биологическое разнообразие обеспечивает:

• 1)    непрерывность живого покрова планеты и развития жизни во времени,

• 2)    эффективность биогенных процессов в экосистеме,

• 3)    поддержание динамического равновесия и восстановление сообществ.

Еще одна функция биологического разнообразия – репарационная (Красилов, 1996).

В Самарской области насчитывается на данный момент 258 редких и исчезающих видов растений. Сохранение природных популяций редких и исчезающих

видов растений и животных – одна из главных задач экологов. Как известно, Красносамарский лесной массив представляет собой уникальное структурное образование для зоны настоящих степей крайнего юго-востока европейской части России. На его территории произрастает 53 вида сосудистых растений, 2 вида лишайника, внесённые в Красные книги федерального и регионального уровней; 21 вид включён в список редких и уязвимых таксонов, нуждающихся в постоянном контроле и наблюдении на территории Самарской области, 14 видов раритетны для ВолгоУральского региона. В настоящее время число естественных лесных насаждений на данной территории сокращается – осталось лишь 50,6% (Еременко, 1974; Фролов, 1996; Саксонов и др., 2007 а, б, 2014; Корчиков и др., 2009). В связи с особой ценностью лесного массива ведётся активная программа по присуждению ему статуса охраняемой природной территории.

Немаловажным является постоянный мониторинг данной экосистемы, необходим контроль за состоянием растительных сообществ – и особенно сообществ редких и исчезающих видов (Саксонов и др., 2006; Кавеленова и др., 2012). Исследование редких популяций заключается как в геоботаническом анализе самой популяции, так и в оценке морфологических и биохимических показателей составляющих ее особей. Поскольку существование популяции возможно только при успешном воспроизводстве новых особей, особого внимания заслуживают качество семян, семенная продуктивность, прохождение стадий развития.

Качество семян является важнейшим показателем при изучении состояния семян растений. Для всех семян сельскохозяйственных растений определены значения ГОСТ. По данному стандарту определяются такие характеристики семян, как чистота, лабораторная всхожесть и энергия прорастания, сила роста и жизнеспособность, масса 1000 семян, зараженность болезнями и вредителями. Для дикорастущих растений показатель качества семян позволяет определить успешность семенного возобновления популяции, а также ее реинтродукции в благоприятных условиях. Желательно изучение качества семян в зависимости от сезонных условий года вегетации, поскольку оно может приблизить нас к пониманию основных факторов, определяющих качество семян у данного вида в условиях культивирования. Качественный семенной материал является основой не только для получения новых особей в культуре, но и может быть использован для долговременного хранения в семенных банках.

С 2001 по 2013 гг. на нашей кафедре проводились исследования качества семян таких редких растений Самарской области, как:

• -    рябчик русский ( Fritillaria ruthenica L.) – исчезающий вид, ККРФ; КК СО;

• -    рябчик шахматовидный ( F. meleagroides Partin ex Schult. et Schult. fil.) – исчезающий вид, ККРФ; КК СО;

• -    тюльпан Биберштейна ( Tulipa biebersteiniana Schult. et Schult. fil.) – исчезающий вид, ККРФ; КК СО;

• -    касатик карликовый ( Iris pumila L.) – исчезающий вид, ККРФ; КК СО;

• п ион тонколистный ( Paeonia tenuifolia L.) – исчезнувший вид, не встречается в местах природного местообитания, ККРФ; исчезнувший вид, КК СО;

• -    пион тонколистный ( Paeonia tenuifolia L.) – исчезнувший вид, не встречается в местах природного местообитания, ККРФ; исчезнувший вид, КК СО;

• -    прострел раскрытый, или сон-трава ( Pulsatilla patens (L.) Mill.) – вид, ареал которого сокращается; КК СО.

Сбор растительного материала проводился в природных популяциях в Крас- носамарском лесничестве и с растений в культуре в Красноярском районе (село Старо-Семейкино), часть семян и плодов была передана нам сотрудниками Ботанического сада г. Самара. Семена изучали в лаборатории, используя взвешивание на аналитических весах и визуальный осмотр с помощью бинокулярной лупы. Для партий семян, сформированных случайным выбором (по 100 для мелкосемянных, 20 штук для крупносемянных) определяли массу и по полученным данным вычисляли показатель массы 1000 семян.

Полученные данные по массе 1000 семян представлены в таблице. У пиона тонколистного показатель массы 1000 семян варьируется в пределах 37,00-61,60 г (средняя масса – 54,79 г), у касатика низкого – 21,00-39,50 г (29,78 г), прострела раскрытого – 0,79-5,60 г (2,49 г), рябчика шахматовидного – 1,15-2,30 г (1,53 г), рябчика русского – 1,51-2,20 г (1,88 г), тюльпана Биберштейна – 1,80-4,42 г. (2,70 г).

Разнокачественность (гетероспермия) может быть результатом многих факторов: влияния условий окружающей среды на развивающееся семя, различий в местонахождении семени на материнском растении, неодновременного прохождения этапов морфогенеза, анатомическое строение проводящих систем, различия в деятельности ассимиляционного аппарата, питании минеральными веществами и снабжении водой.

Таблица

Средние показатели массы тысячи семян (г) для различных редких растений Самарской области

Генетически разнокачественные семена возникают из-за соединения наследственно неравнозначных гамет родительских форм и множественности оплодотворения (Кизилова, 1974). Но хотя генетические факторы абсолютно детерминируют размер семян, влияние на размер семян оказывает и компонент окружающей среды (Фролов, 1996). Воздействие различных факторов внешней среды увеличивает или уменьшает количество завязавшихся семян, размеры их зародышей и степень выполненности (Еременко, 1974).

Согласно полученным в результате мониторинга данным, показатель массы 1000 семян сильнее всего варьирует для мелкосеменных растений, формирующих максимальное количество диаспор, часть которых не достигает полного развития

(прострел раскрытый, рябчик русский, рябчик шахматовидный и тюльпан Биберштейна). Формирующий крупные семена пион тонколистный, имеющий ограниченное число семяпочек в каждой листовке, образует в сотни раз меньше семян в расчете на одну генеративную особь, при этом «ценность» каждого семени для поддержания численность и развития популяции возрастает. В связи с этим для пиона масса 1000 семян имеет меньший уровень варьирования.

Полученные данные сравнивались со средними показателями, полученными с популяций данных видов в Ростовском Ботаническом саду. Согласно данным Ростовского Ботанического сада (Колесникова, 1985) масса 1000 семян у рябчика русского может достигать 3,00 г, а у тюльпана Биберштейна – 4,42 г. Известно, что внутри ареалов у растений могут достаточно широко варьировать показатели вегетативных органов, но в меньшей степени изменчивы генеративные структуры. Различия по массе семян в разных регионах могут быть частично связаны с неодинаковым содержанием влаги, которое мы специально не оценивали. Образцы сбора по Самарской области показали меньшие значения (до 50% разницы), что можно связать с наличием конкурентных взаимоотношений данных растений с видами травостоя в природных условиях КСЛ.