Ботанический журнал, 2019, T. 104, № 10, стр. 1588-1597
БИОЛОГИЯ РАЗВИТИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ADENOPHORA TAURICA (CAMPANULACEAE) В КРЫМУ
С. В. Шевченко 1, *, Е. С. Крайнюк 1, **
1 ФГБУН “Никитский ботанический сад – Национальный научный центр РАН”
298648 г. Ялта, пгт. Никита, Россия
* E-mail: shevchenko_nbs@mail.ru
** E-mail: krainuk54@mail.ru
Поступила в редакцию 14.05.2019
После доработки 31.07.2019
Принята к публикации 02.08.2019
Аннотация
Представлены результаты изучения ценопопуляции Adenophora taurica в Горном Крыму. Описаны цветение, строение генеративных структур, опыление, начальные этапы эндоспермо- и эмбриогенеза, а также возрастная структура ценопопуляции. Показана необходимость разработки дополнительных мер по сохранению данного вида.
Проблема сохранения биоразнообразия в настоящее время является одной из наиболее актуальных, в связи с чем особое внимание приобретают редкие и нуждающиеся в охране виды растений. К таким видам относится бубенчик крымский –Adenophora taurica (Sukacz.) Juz. из сем. Campanulaceae. В чеклисте “Природная флора Крымского полуострова” (Yenа, 2012) и Красной книге Республики Крым (Коrzhenevsky, 2015) вид приводится как бубенчик лилиелистный (Adenophora liliifolia (L.) Ledeb.exA.DC.).
В Крыму A. taurica известен только из нескольких изолированных местонахождений в верхнем поясе Главной гряды Крымских гор. В Красной книге Республики Крым указывается всего три локалитета вида (Коrzhenevsky, 2015), в т. ч. на луговых яйлинских склонах гор Большая и Малая Чучель в Крымском природном заповеднике (Коstina, Bagrikova, 2010). Вид указывается как эндем Крыма (Golubev, 1996; Govaerts, 2019). Основными лимитирующими факторами освоения новых территорий в Крыму A. taurica можно считать глобальную трансформацию климата и сужение экологической ниши вида (Коrzhenevsky, 2015), а также природно-историческую редкость вида, низкую конкурентную способность на границе ареала, пространственную разобщенность популяций, антропогенные нарушения среды обитания. Целью наших исследований является выявление особенностей воспроизведения A. taurica в изучаемой ценопопуляции в связи с необходимостью разработки приемов сохранения данного вида.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Наблюдения проводили в условиях естественного произрастания Adenophora taurica в Горном Крыму в районе Гурзуфского седла. Растительный материал фиксировали фиксатором Карнуа. Парафиновые срезы толщиной 10–12 мкм готовили с использованием ротационного полуавтоматического микротома RMD-3000 (Россия). Постоянные препараты приготовлены и окрашены по общепринятым методикам (Romeis, 1954; Pausheva, 1990; Shevchenko et al., 1986; Shevchenko, Chebotaru, 1992). Анализ препаратов проводили с помощью микроскопов AxioScopeA.1 и Enamed 2 (“CarlZeiss”, Германия). Микрофотографии получены системой анализа изображений AxioCamERc5s (“CarlZeiss”, Германия) и цифровыми фотокамерами Canon IXUS 256HS и CanonA 550.
Возрастную структуру ценопопуляции изучали в природных условиях согласно общепринятым методикам (Rabotnov, 1969; Uranov, 1975; Coenopopulation…, 1976; 1977). Полевые учеты численности особей по возрастным состояниям проводили на площадках в 0.25 м2, а затем производили пересчет на 1 м2. При этом были использованы следующие условные обозначения возрастных групп: p – всходы, j – ювенильные, im – имматурные, $v$ – виргинильные, g1 – молодые генеративные, g2 – средневозрастные генеративные.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Изучаемая ценопопуляция Adenophora taurica находится на территории Ялтинского горно-лесного природного заповедника (Гурзуфское седло – Бабуган-яйла) на прияйлинских склонах южного макросклона Главной гряды Крымских гор на высоте примерно 1200 м н.у.м. в ущелье Кумбасан ниже перевала Гурзуфское Седло на крутом склоне в сосновом лесу (рис. 1).
Ценопопуляция в настоящее время является единственным подтвержденным местонахождением данного вида в Крыму, обнаруженным в 2017 году С.А. Свириным. Гербарный образец из данного места сбора хранится в гербарии YALT.
Тип растительности – сосновый лес из Pinus kochiana (Ass. Pimpinello-Pinetum kochianae Korzh. 1986). Травостой злаково-разнотравный, общее проективное покрытие травостоя 50–60%, видовая насыщенность фитоценоза – невысокая.
Ценопопуляция занимает площадь около 100 м2 на крутом (30–40°) склоне балки. Проективное покрытие вида в фитоценозе составляет 5–10%.
A. taurica – травянистый многолетник высотой 30–50 см, с толстым веретеновидным или редьковидным корнем и цилиндрическим, продольно-полосатым, голым или редковолосистым, густо облиственным стеблем. Стеблевые листья очередные, эллиптические, островатые, по краям неравномерно крупно-пильчатозубчатые, черепитчато перекрывающие друг друга в средней части стебля, верхние листья ланцетные, сидячие (рис. 2а). Розеточные прикорневые листья округло-сердцевидные, длинночерешковые, длиной 4–10 см, быстро засыхающие (рис. 2б).
Цветет A. taurica в июле–августе, цветение акропетальное, цветки собраны в кистевидное соцветие. Венчик колокольчатый, голубой или светло-синий, неглубоко раздельный на 5 лопастей, длиной до 1.5 см, цветки пониклые, спайнолепестные (рис. 3). Чашечка голая, ее зубцы острые, ланцетовидно-треугольные, равные по длине трубке. Андроцей представлен пятью свободными, плотно прилегающими друг к другу тычинками с прямыми перепончатыми и сильно реснитчатыми тычиночными нитями. У основания тычиночные нити плотно сомкнуты и образуют купол с небольшими отверстиями, через которые насекомые-опылители хоботком могут достигать нектарный диск, который расположен у основания столбика. Стенка микроспорангия, развивающаяся центробежно, состоит из эпидермы, эндотеция, одного среднего слоя и секреторного тапетума. Спорогенная ткань в микроспорангии представлена двумя-тремя слоями клеток. В зрелом пыльнике стенка состоит из сплющенных клеток эпидермы, эндотеция с фиброзными утолщениями и тапетальной пленки с орбикулами (рис. 4). Зрелые пыльцевые зерна 2-клеточные, 3-борозднопоровые.
Гинецей A. taurica образован тремя плодолистиками. Пестик открытый, столбик имеет канал с сосочковидными волосками эпидермального происхождения. Во время цветения пестик сильно выдается за пределы венчика (рис. 3).
Завязь трехгнездная. Семязачаток, согласно классификации И.И. Шамрова (Shamrov, 2008; 2017), анатропный, унитегмальный, медионуцеллятный, мезохалазальный. Развивается интегументальный тапетум, представленный радиально вытянутыми крупными клетками и достигающий уровня яйцевого аппарата зародышевого мешка. Имеются постаменто-подиум и гипостаза. Зародышевый мешок развивается из халазальной мегаспоры по Polygonum-типу (рис. 5а), содержит крахмальные зерна (рис. 5б).
Опыление происходит с помощью насекомых и волосков на столбике пестика. У A. taurica четко выражена протандрия. При этом в пыльниках наблюдается зрелая пыльца, а женская сфера еще не готова к принятию пыльцы. Рыльца пестика сомкнуты, и зародышевый мешок еще не дифференцирован. Пыльники вскрываются интрорзно, и пыльца из них извлекается волосками растущего столбика. Насекомые-опылители, проникая к нектарному диску и обратно, снимают пыльцу и переносят ее на другие цветки, осуществляя таким образом перекрестное опыление (рис. 6). После извлечения пыльцы из пыльников и снятия ее насекомыми со столбика, покрывающие его волоски втягиваются в поверхностную ткань столбика, расширяя основание волоска. Остаются только кончики волосков, которые незначительно возвышаются над эпидермой столбика, то есть наблюдается явление инвагинации, или ретракции.
Попав на рыльце пестика, пыльцевые зерна прорастают. Пыльцевая трубка проходит по каналу, в ней происходит спермиогенез с образованием двух спермиев. Достигнув зародышевого мешка, пыльцевая трубка лопается и изливает свое содержимое в полость между яйцеклеткой и центральной клеткой. Один спермий сливается с яйцеклеткой, а второй – с ядром центральной клетки (рис. 7).
Первичное ядро эндосперма сначала находится в середине центральной клетки, затем постепенно опускается к халазальному концу, где и происходит его первое деление. Оно поперечное с образованием двух неравных клеток – халазальная клетка значительно меньше микропилярной. Ядро халазальной клетки делится один или два раза, несколько увеличивается и образуется небольшой гаусторий. Микропилярная клетка дважды делится поперечно. Из апикальной клетки формируется собственно эндосперм, а базальная либо значительно увеличивается в размерах либо делится продольно и образует двуклеточный гаусторий. Клетки эндосперма крупные, их ядра активны, с ядрышками. Зигота некоторое время находится в покое, затем активно растет и значительно вытягивается внутрь эндосперма. Ядро находится в апикальном конце зиготы и первые его деления поперечные, с образованием ряда клеток (рис. 8). Последующие продольные и поперечные деления позволяют предположить Solanad-тип эмбриогенеза, свойственный большинству представителей сем. Campanulaceae (Korobova, Zhinkina, 1987; Zhinkina,1995; Kamelina, 2009).
Плодоносит A. taurica в августе–сентябре. Плод – пониклая, яйцевидной формы коробочка, которая в нижней части открывается тремя створками или порами. Семена мелкие 1–2 мм, сплющенные, рыжеватые. Следует отметить, что почти половина цветков соцветия опадает неопыленной и семян не образует.
Возрастная структура и численность ценопопуляций данного вида в Крыму ранее не изучались. Изучаемая ценопопуляция представлена в виде двух ценопопуляционных локусов – в верхней и нижней части склона ущелья.
Согласно нашим наблюдениям в 2017–2018 гг., численность вида составляет около 100 разновозрастных особей. Вид произрастает одиночно или группами, состоящими из нескольких особей. Численность побегов у генеративных особей составляет 1–5 (Krainyuk, Shevchenko, 2018).
Плотность особей в ценопопуляции составляет: в нижнем локусе – 3.7 особей на 1 м2, в верхнем локусе – 16.0 особей на 1 м2. По типу возрастной структуры изученная ценопопуляция является нормальной, неполночленной, молодой, с преобладанием виргинильных особей, о чем свидетельствуют составленные возрастные спектры (рис. 9). В верхнем локусе (исследования 2017 г.) установлено следующее соотношение возрастных групп: j – 16.7%, im – 23.3%, $v$ – 45.0%, g1 – 3.3%, g2 –11.7%. В нижнем локусе (исследования 2018 г.) соотношение возрастных групп следующее: p – 2.7%, j – 8.2%, im – 37.8%, $v$ –29.7%, g2 – 21.6%. Особи других возрастных состояний при полевых учетах не были обнаружены.
Анализ возрастной структуры изученной ценопопуляции позволяет сделать вывод о том, что естественное возобновление вида осуществляется в достаточной мере, поскольку преобладающей группой являются особи виргинильного периода, составляющие 85% в верхнем локусе и 78.4% – в нижнем. Группа генеративных особей составляет 15% в верхнем локусе и 21.6% – в нижнем локусе, что свидетельствует о достаточных возможностях вида для перехода виргинильных особей в генеративное состояние. Отсутствие в ценопопуляции особей сенильного периода, видимо, можно объяснить особенностями биологии и экологии данного вида, что требует дальнейшего изучения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенное изучение формирования генеративных структур, процессов цветения, опыления и семяобразования позволяет заключить, что по основным чертам (центробежный тип развития стенки микроспорангия, Polygonum-тип развития зародышевого мешка, особенности опыления, формирование терминальных гаусториев, Solanad-тип эмбриогенеза и др.) A. taurica сходна с таковыми у других представителей сем. Campanulaceae. Основной причиной редкости данного вида в Крыму является, очевидно, очень узкая экологическая ниша вида, ограниченная высотной поясностью, крутизной склонов и степенью увлажнения экотопов. К лимитирующим факторам, кроме указанных выше, можно отнести также гидротермические условия и отсутствие насекомых-опылителей в период цветения, что приводит в конечном итоге к снижению семенной продуктивности. Необходимыми мерами охраны этого редкого вида должны быть поиск новых локалитетов, изучение динамики возрастной структуры и численности вида в локалитете, дополнительный анализ особенностей биологии, экологии, онтогенеза растений, а также введение вида в культуру с последующей репатриацией в природные условия.
Список литературы
[Cenopopulatsii] Ценопопуляции растений (основные понятия и структура). 1976. М. 215 с.
[Cenopopulatsii] Ценопопуляции растений (развитие и взаимоотношения). 1977. М. 183 с.
[Fedyaeva] Федяева В.В. 2014. Бубенчик лилиелистный. – В кн: Красная книга Ростовской области. Т. 2. Растения и грибы. Минприроды Ростовской области. Ростов-на-Дону. С. 150.
[Golubev] Голубев В.Н. 1996. Биологическая флора Крыма. Издание второе. Ялта. 86 с.
Govaerts R. (ed). For a full list of reviewers see: http://apps.kew.org/wcsp/compilers Reviewers.do (2019).
[Kamelina] Камелина О.П. 2009. Систематическая эмбриология цветковых растений. Двудольные. Барнаул. 501 с.
[Kostina, Bagrikova] Костина В.П., Багрикова Н.А. 2010. Аннотированный список высших растений Крымского природного заповедника. – Научные записки природного заповедника “Мыс Мартьян”. 1: 61–142.
[Korobova, Zhinkina] Коробова С.Н., Жинкина Н.А. 1987. Семейство Campanulaceae. – В кн: Сравнительная эмбриология цветковых растений. Т. 4. Л.: Наука. С. 300–308.
[Korzhenevsky] Корженевский В.В. 2015. Бубенчик лилиелистный. В кн.: Красная книга Республики Крым. Растения, водоросли. Грибы. Симферополь. С. 175.
[Krainyuk, Shevchenko] Крайнюк Е.С., Шевченко С.В. 2018. Adenophora liliifolia – редкий вид флоры Крыма. – В сб. Ботаника в современном мире. Труды XIV съезда Русского ботанического общества и конференции. Т. 1. Махачкала. С. 272–273.
[Pausheva] Паушева З.П. 1990. Практикум по цитологии растений. М. 283 с.
[Rabotnov] Работнов Т.А. 1969. Некоторые вопросы изучения ценотических популяций. – Бюлл. Моск. общ-ва испытателей природы, отд. биол. 74(1): 147–149.
[Romeys] Ромейс Б. 1954. Микроскопическая техника. М. 718 с.
[Shamrov] Шамров И.И. 2008. Семязачаток цветковых растений: строение, функции, происхождение. М. 350 с.
[Shamrov] Шамров И.И. 2017. Морфологические типы семязачатков цветковых растений. – Бот. журн. 102(2): 129–146.
[Shevchenko, Rugusov, Efremova] Шевченко С.В., Ругузов И.А., Ефремова Л.М. 1986. Методика окраски постоянных препаратов метиловым зеленым и пиронином. – Бюлл. Гос. Никит. ботан. сада. 60: 99–101.
[Shevchenko, Chebotaru] Шевченко С.В., Чеботарь А.А. 1992. Особенности эмбриологии маслины европейской (Olea europaea). – В сб. научн. трудов Гос. Никит. ботан. сада. 113: 52–61.
[Uranov] Уранов А.А. 1975. Возрастной спектр ценопопуляций как функция времени и энергетических волновых процессов. – Научные доклады высшей школы. Биол. науки. 2: 7–34.
[Yena] Ена А.В. 2012. Природная флора Крымского полуострова. Симферополь. 232 с.
[Zhinkina] Жинкина Н.А. 1995. Сравнительная эмбриология представителей семейства Campanulaceae: Автореф. дис… кaнд. биол. наук. СПб. 17 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Ботанический журнал