Значение коллекции "Редкие исчезающие виды растений Сибири" в Центральном сибирском ботаническом саду

Сохранение биоразнообразия биосферы является одним из условий ее устойчивости. Интродукционные центры, основу которых составляют ботанические сады, – один из важнейших элементов в решении данной проблемы. Если в прошлые столетия создание коллекций растений преследовало утилитарные цели (эстетические или экономические), то в середине 20 века перед ботаническими садами СССР была поставлена новая задача -интродукция редких и исчезающих видов. Это был реальный путь охраны и воспроизводства растений, которым грозила неминуемая гибель. Работа являлась частью крупной государственной программы «Сохранение биоразнообразия и охрана природных экосистем». В 1970 г. Региональный совет ботанических садов Сибири и Дальнего Востока принял решение о создании во всех ботанических садах специальных экспозиций «Редкие и исчезающие виды растений» (Семенова, 2007). Результаты по возможности сохранения редких и исчезающих видов в условиях сибирских ботанических садов опубликованы в ряде работ (Александрова, 1995; Воронина, 2002; Данилова и др., 2003; Семенова, 2001, 2007; Амельченко, 2010; Интродукция …, 2017).

В начале 21 века была разработана «Международная программа ботанических садов по охране растений» (2000) и в 2003 г. опубликована «Стратегия ботанических садов России по сохранению биоразнообразия растений» (Стратегия ..., 2003). Многие авторы отмечают, что основные задачи ботанических садов в России на современном этапе направлены на сохранение биоразнообразия растений и связаны с организацией и поддержанием коллекций открытого и закрытого грунта (Кузеванов, Сизых, 2005; Ботанико-географические …, 2007; Демидов, 2011; Генофонд …, 2012; Ткаченко, 2016).

Результаты и обсуждение

В Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН (ЦСБС) в отделе флоры и растительных ресурсов с 1965 г. под руководством профессора К. А. Соболевской началось создание экспозиции «Редкие и исчезающие виды растений Сибири». В списке растений, которые планировалось интродуцировать, указывались 570 видов. Работа была рассчитана на 5 лет. Исполнителем этой работы назначили Галину Павловну Семенову. Титанический труд завершился созданием уникальной экспозиции. Результаты исследований были опубликованы в 80 научных статьях, в 2001 и 2007 гг. вышли монографии (Семенова, 2001, 2007). Монографии явились итогом почти тридцатилетних исследований по интродукции 112 редких и исчезающих видов Сибири, оценке перспективности их интродукции, как одного из методов изучения и сохранения растений. В последние 20 лет коллекция является базой для исследовательских работ лаборатории интродукции редких и исчезающих видов растений. Основные направления сформировались на современном этапе с учетом развития новых технологий (Дорогина, Елисафенко, 2014):

• I.    Изучение природных видов и популяций сибирской флоры как исходного материала для интродукции, выявление редких видов, популяций и форм. Разработка методов оценки состояния редких и исчезающих видов в природе и при интродукции. Разработка методов размножения и создания устойчивых интродукционных популяций редких и исчезающих видов. Поиск признаков–маркеров и путей адаптации, включая механизмы адаптации.

• II.    Изучение поведения растений в природных условиях и при интродукции, выявление популяций и форм с полезными признаками. Исследование онтогенеза, периодов прохождения фенофаз, ритмов сезонного развития, семенного размножения, жизненных форм как критериев приспособления растений. Изучение изменчивости, динамики изменчивости и наследуемости по онтогенетическим признакам – модификациям и филогенетическим – наследуемым признакам. Исследование внутренней структуры рекомбинационных генпулов, их генетического потенциала и особенностей свободной рекомбинации наследственного материала. Выявление интрогрессивных процессов, связанных с уникальными событиями половой репродукции у искусственно полученных гибридов, как формы моделирования процессов в естественных популяциях.

• III.    Поддержание и пополнение генофонда живых коллекций и семенного материала.

• IV.    Реконструкция популяций редких и исчезающих видов растений Сибири.

Полноценная реализация исследований в этих направлениях не возможна без развития коллекции открытого грунта. В 2001 г. началась реорганизация экспозиций Центрального сибирского ботанического сада. Многие экспозиции были перенесены к административному зданию. Это позволило предотвратить хищение растений местным населением. При переносе коллекции «Редкие исчезающие виды растений Сибири» на грани исчезновения оказались 4 вида ( Caragana jubata (Pall.) Poiret и Vicia tsydeni Malyschev ( Fabaceae ) , Tridactylina kirilowii (Turcz.) Sch. Bip. ( Asteraceae ) и Chosenia arbutifolia (Pall.) A. Skvorts. ( Salicaceae ). В настоящее время виды семейства Fabaceae и Chosenia arbutifolia восстановлены, а Tridactylina kirilowii представлена единичными экземплярами.

На новой территории (3500 м2) растения высаживались по экологическому принципу, как и на старой экспозиции. Были созданы водоем, песчаная дюна, каменистые горки. Начали формировать группу третичных реликтов. Через 5 лет были подведены первые итоги пополнения коллекции на новом месте (Елисафенко, 2005). Позже территорию расширили (до 5288 м2), так как включили участок с древесными растениями для выращивания мезофитов. В настоящее время для поддержания и пополнения коллекции с целью формирования семенотеки и фонда живых растений решаются следующие задачи:

• 1.    Расширение культигенного ареала (обмен семенами и живыми растениями между интродукционными центрами).

• 2.    Изучение биологии редких и исчезающих видов растений (уточнение спорных таксономических вопросов, выявление адаптационных признаков (филогенетический метод Н. Ф. Русанова), разработка научно-обоснованных рекомендаций для сохранения растений в природе и культуре.

• 3.    Формирование фонда:

• -    для восстановления природных популяций;

• -    для исследований: молекулярно-генетических, кариологических, фитохимических, биотехнологических.

• 4.    Просвещение.

В настоящее время наблюдается устойчивая динамика пополнения коллекции (Рис. 1). Для ее формирования мы руководствуемся основными списками редких и исчезающих растений: Красная книга Российской Федерации (2008), Редкие и исчезающие растения Сибири (1980) и региональные Красные книги. Кроме этого для некоторых таксонов используем филогенетический метод (Русанов, 1950). Наибольшее внимание было уделено семействам Iridaceae и Violaceae в связи с более углубленными исследованиями данных таксонов сотрудниками ЦСБС (В. М. Доронькин и Т. В. Елисафенко). В связи с чем, почти все сибирские виды этих семейств прошли первичную интродукцию (Елисафенко, Доронькин, 2011; Елисафенко, 2010) и определена их перспективность интродукции в условиях ЦСБС. В настоящее время в коллекции представлено более 430 популяций из более чем 270 видов, 137 родов, 58 семейств.

Рис. 1. Динамика состава коллекции «Редкие и исчезающие виды растений Сибири».

Рис. 2. Схема исследования интродукционных популяций.

Сложности создания коллекции редких и исчезающих видов известны и неоднократно указывались исследователями (Данилова, 1993; Семенова, 2007; Амельченко, 2010; Ткаченко, 2016). Основные проблемы связаны с поиском популяций таких видов, сбором материала, интродукций растений, у которых узкая экологическая амплитуда, с размножением и выращиванием растений, биология которых слабо изучена. Наибольший интерес вызывают виды с высоким статусом редкости «0» – вероятно исчезнувшие и «1» – на грани исчезновения. Но поиск популяций таких видов требует организации комплексных экспедиций, включающих специалистов различного профиля (геоботаников, флористов, систематиков, биоморфологов, интродукторов и т. д.). Сбор материала для интродукции трудоемок, т. к. необходимо руководствоваться правилами, по которым сбор живых растений строго регламентирован (Правила ..., 1981), а сбор семян связан с особенностями биологии вида, погодными условиями и со сроками экспедиционных исследований. Наилучшим способом в этом случае является комбинированный способ – сбор и живого и семенного материала. Это повышает вероятность успешной интродукции популяции. В результате полноценный поиск и сбор материала для коллекции является трудозатратным мероприятием, требующим значительных финансовых вложений и наличия квалифицированных кадров.

Основой изучения биологии интродукционных популяций редких и исчезающих видов растений является программа, представленная Г. П. Семеновой (2007), и доработанная сотрудниками лаборатории (Рис. 2).

Итогом интродукции служит создание устойчивых и многочисленных популяций, оценка акклиматизации и адаптации (Елисафенко, 2009), а также реконструкция – восстановление природных популяций (Дорогина и др., 2014; Елисафенко, Дорогина, 2016). Особое внимание уделяется семенному и вегетативному размножению. Основной метод, используемый нами, лабораторно-теплично-грунтовый метод (Дюрягина, 1982). Наличие комнаты для семенного размножения, оборудованной климатокамерами, в которых устанавливается продолжительность фотопериода, ночные и дневные температуры, позволяет создавать условия для проращивания семян, приближенные к природным. Кроме того, использование возможностей Центра коллективного пользования в ЦСБС СО РАН, оснащенного современным оборудованием микроскопии (оптическое, электронное сканирование) помогает выявить причины, связанные с затруднением семенного размножения, изучая морфологию семян.

Определение семенной продуктивности, лабораторной, грунтовой всхожести, условий прорастания семян, биологической и интродукционно-рентабельной долговечности в настоящее время является одним из основных направлений в изучении биологии видов коллекции (Дорогина, Елисафенко, 2014). В последние годы интенсивно развиваются кариологические и молекулярно-генетические методы, позволяющие оценить гетерогенность популяций, внутри- и межпопуляционную изменчивость, выявить плоидность видов и адаптационные признаки, пути формирования редких и исчезающих видов и прогноз существования популяций таких видов в природе и культуре.

Необходимо отметить, что одной из проблем содержания коллекций является сохранение вида на устойчивом уровне у перекрестно опыляемых растений. Поэтому важнейшей задачей для поддержания коллекций является создание устойчивых популяций, включающих большую численность особей разного онтогенетического состояния. При этом необходим контроль как морфологической, так и генетической изменчивости (включая биохимические и молекулярногенетические характеристики). Эти меры обеспечат устойчивость пространственногенетической популяционной структуры вида. В случае малочисленных интродукционных популяций, либо популяций с преимущественным типом опыления – самоопылением, необходимо обеспечить миграцию генотипов между популяциями. Это, в совокупности с существующими регулярными мутациями генов, приведет к увеличению генетической изменчивости внутри популяции и может предотвратить инбридинг. Таким образом, для того чтобы сохранить популяции редких и исчезающих видов, необходимо исследовать систему размножения у растений в новых условиях и принять соответствующие меры.

В различные региональные Красные книги Сибири включены более 1500 видов сибирской флоры. В настоящее время в коллекции представлено 197 видов из этих списков, что составляет 73 % от всех выращиваемых в коллекции видов. Помимо краснокнижных видов и видов, используемых для исследования методом родовых комплексов, в коллекцию входят некоторые эндемики и реликты, которые по нашему мнению, имеют научное значение или могут быть включены в последующие издания Красных книг. Наша концепция организации коллекции предполагает привлечение природного материала с оценкой состояния популяций в естественных условиях и подбором микроэкологических условий, приближенных к природным. Кроме этого, целесообразно каждый вид представлять 2–3 популяциями из разных точек ареала.

Особенно ценны интродукционные популяции, чей исходный материал из locus classicus – Megadenia bardunovii M. Popov (Brassicaceae), Viola jeniseensis Zuev, Viola incisa Turcz., Viola czemalensis Zuev (Violaceae).

Значимость коллекций редких и исчезающих видов определяется наличием видов с государственной степенью охраны (Рис. 3). В Красную книгу Российской Федерации (2008) включено 117 видов сибирской флоры с определенной категорией статуса редкости и 46 видов, рекомендованных для мониторинга без статуса.

Рис. 3. Состав коллекции «Редкие и исчезающие виды растений Сибири» по значимости.

На данном коллекционном участке в настоящее время представлены 34 вида с определенным статусом и 4 вида, рекомендованных для мониторинга (Табл. 1).

За время существования коллекции с 1967 г. еще 16 видов из этого списка прошли первичные испытания. Таким образом, 54 вида с государственной степенью охраны были интродуцированы в течение 50 лет формирования коллекции, что составляет 40 % от числа видов с определенным статусом редкости. Кроме того в списки более ранних изданий государственных Красных книг (Красная книга РСФСР, 1988; Красная книга СССР, 1984) входили еще 12 видов, 11 из которых до сих пор выращиваются на территории экспозиции.

Таблица 1. Виды, включенные в Красную книгу Российской Федерации (2008) и интродуцированные в коллекции «Редкие и исчезающие виды растений» (ЦСБС, г.

Новосибирск)

Семейство	Вид	Статус	Состояние в коллекции
Alliaceae	Coloscordum neriniflorum Herb.	2	1 популяция с 1983 г., многочисленна
Apiaceae	Aegopodium latifolia Turcz.	3	1 популяция с 2015 г., проходит этап первичной интродукции, многочисленна
Asphodelaceae Eremurus altaicus (Pall.) Steven		мониторинг	1 популяция с 2010 г., малочисленна
Asteraceae	Chrysanthemum sinuatum Ledeb.	2	Неоднократно интродуцировался с 1984 г., неустойчив. В настоящее время – единичные особи
	Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin	3	6 популяций, некоторые с 1973 г., многочисленны
	Brachanthemum krylovii Serg. ( B. baranovii (Krasch. & Poljakov) Krasch.)	1	Существует таксономическая неясность, в КК указан Brachanthemum baranowii , который является гибридом и, вероятно, спонтанно образуется и исчезает. Ведется работа по размножению и подбору микроэкологических условий. В настоящее время – единичные особи
	Tridactylina kirilowii (Turcz.) Sch. Bip.	3	Неоднократно интродуцировался с 1979 г., неустойчив. В настоящее время – единичные особи
Brassicaceae	Dentaria sibirica (O. E. Schulz) Busch	3	1 популяция с 2014 г., малочисленна
	Megadenia bardunovii M. Popov	3	1 популяция с 2009 г., многочисленна
Crassulaceae	Rhodiola rosea L.	3	3 популяции. Неоднократно интродуцировался с 1973 г., многочисленны
Fabaceae	Astragalus olchonensis Gontsch.	1	Неоднократно интродуцировался с 1986 г. В настоящее время – единичные особи

	Vicia tsydeni Malyschev	1	Неоднократно интродуцировался с 1982 г., многочисленна
Gentianaceae	Swertia baicalensis M. Popov ex Pissjauk.	3	Неоднократно интродуцировался с 1986 г. В настоящее время – единичные особи
Iridaceae	Iris loczyi Kanitz	мониторинг	Неоднократно интродуцировался с 2005 г., неустойчив. В настоящее время – единичные особи
	Iris ludwigii Maxim.	2	2 популяции с 1983 и 2008 гг., многочисленны
	Iris glaucescens Bunge ( I. scariosa Willd.ex Link)	2	2 популяции. Неоднократно интродуцировался с 1984, неустойчив. В настоящее время – единичные особи
	Iris tigridia Bunge	3	Неоднократно интродуцировался с 1982 г. В настоящее время – единичные особи
	Iris ventricosa Pall.	3	2 популяции. Неоднократно интродуцировался с 2000 г., неустойчив. В настоящее время – единичные особи
Liliaceae	Erythronium sibiricum (Fisch. & C. A. Mey.) Krylov	3	5 популяций. Неоднократно интродуцировался с 1973 г., многочисленны
	Fritillaria meleagris L.	3	1 популяция с 2014. В настоящее время – единичные особи
Linaceae	Linum violascens Bunge	мониторинг	1 популяция с 2013 г.
Orchidaceae	Cypripedium calceolus L.	3	Неоднократно интродуцировался с 1973 г. В настоящее время – единичные особи, вегетируют
	Cypripedium macranthon Sw.	3	Неоднократно интродуцировался с 1973 г. В настоящее время – единичные особи
Paeoniaceae	Paeonia hybrida Pall.	2	3 популяции. Неоднократно интродуцировался с 1996 г., многочисленны

	Paeonia lactiflora Pall.	2	1 популяция с 1981 г., многочисленна
Peganaceae	Peganum nigellastrum Bunge	2	1 популяция с 1982 г., многочисленна
Poaceae	Deschampsia turczaninowii Litv.	2	2 популяции, неоднократно интродуцировался с 2009 г., неустойчивы
	Stipa pennata L.	3	2 популяции с 2002 г., многочисленны
	Stipa zalesskii Wilensky	3	2 популяции с 2002 г., многочисленны
	Tripogon chinensis (Franch.) Hack.	2	1 популяция с 2016 г., неустойчива
Polygonaceae	Rheum compactum L.	2	1 популяция с 1980 г.
Ranunculaceae	Aconitum sajanense Kumin.	2	Неоднократно интродуцировался с 2004 г. В настоящее время – единичные особи
	Anemone baicalensis Turcz.	1	1 популяция с 1979 г., многочисленна
Rosaceae	Amygdalus pedunculata Pallas	3	Неоднократно интродуцировался с 1982 г., неустойчив. В настоящее время – единичные особи
	Cotoneaster lucidus Schlecht.	3	2 популяции. Неоднократно интродуцировался с 1979 г., многочисленны
	Sibiraea altaiensis (Laxm.) Schneider	мониторинг	2 популяции с 2006 г., многочисленны
Thymelaeceae	Stelleropsis altaica (Thieb.) Pobed.	3	Неоднократно интродуцировался с 2001 г., неустойчив
Violaceae	Viola incisa Turcz.	1	7 популяций. Неоднократно интродуцировался с 1982 г.

Заключение

Таким образом, сформированная коллекция «Редкие и исчезающие виды растений Сибири» в ЦСБС СО РАН способствует решению проблемы сохранения биоразнообразия растений Сибири, используя разнообразные современные методы исследования биологии видов. Больше трети сибирских видов, имеющих государственный уровень охраны, были интродуцированы в течение 50 лет создания коллекции. В настоящее время коллекция является базой для решения вопросов в различных областях ботаники и донором для реконструкции природных популяций редких и исчезающих видов растений.

Исследования частично выполнены на уникальной научной установке ЦСБС СО РАН «Коллекции открытого и закрытого грунта».