Оценка состояния ценопопуляций некоторых редких видов растений Пермского края с использованием молекулярно-генетических методов - Автореферат

В связи с этим важна комплексная оценка состояния ценопопуляций редких видов растений с учетом в совокупности ценопопуляционных характеристик и параметров генетического разнообразия, которые позволяют прогнозировать перспективы их существования и развития. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: 1) определить общую, репродуктивную и эффективную численность 20 ценопопуляций трех (Adonis vernalis L., Adonis sibirica Patrin ex Ledeb., Digitalis grandiflora Mill.) редких реликтовых видов растений Пермского края; 6) провести комплексную оценку состояния изученных ценопопуляций трех редких видов растений Пермского края на основе показателей численности, возрастного спектра ценопопуляций и параметров генетического разнообразия; Для объективной оценки состояния ценопопуляций изученных редких видов растений необходим учет показателей численности, индексов возрастной структуры, параметров генетического разнообразия, что позволяет в комплексе дать наиболее полную оценку состояния ценопопуляций, прогнозировать перспективы их существования и рекомендовать меры их охраны. Впервые в Пермском крае проведено комплексное исследование 20 ценопопуляций трех редких реликтовых видов растений (A. vernalis, A. sibirica, D. grandiflora), с учетом общей, репродуктивной, эффективной численности, возрастного спектра, уровня генетического разнообразия, межпопуляционной дифференциации.A. sibirica из разных частей Пермского края: первая ЦП (As1) расположена в центральной части Пермского края в Добрянском районе, вторая (As2) находится в Кишертском районе в юго-западной части края, а третья (As3) - в Ильинском районе на севере Пермского края. Исследованные 20 ЦП трех редких видов растений изолированы друг от друга, и каждая из них располагается в пределах отдельного фитоценоза. Исследования проводились с 2004 по 2010 гг. Проведен подсчет общей (Nt), репродуктивной (Nr), эффективной (Ne) численности (Голубев, Молчанов, 1978; Денисова и др., 1986; Вахрамеева, 1991), изучена возрастная структура ЦП с определением индексов восстановления (ІВ) (на основании подхода Л.А. Показатели семенной продуктивности (Работнов, 1960; Вайнагий, 1973, 1974) трех изученных редких видов растений определялись у особей разных возрастных состояний. В качестве показателей генетического разнообразия определялись число и доля полиморфных (Р95) (Williams et al., 1990) и редких (R) фрагментов ДНК (Peakall, Smouse, 2006), ожидаемая гетерозиготность (Не) (Nei, 1987).Установлено, что двадцать изученных ценопопуляций трех редких видов растений Пермского края (A. vernalis, A. sibirica, D. grandiflora) характеризуются широко варьирующими показателями численности. A. vernalis общая численность (Nt) изменяется от 39 до 562 особей, репродуктивная (Nr) - от 37 до 400, а эффективная (Ne) - от 8 до 234 особей, в ценопопуляциях D. grandiflora Nt - от 56 до 487, Nr - от 42 до 256, Ne - от 40 до 239 особей. Показано, что возрастной спектр у 15 ценопопуляций трех изученных редких видов растений полночленный, нормального типа, у четырех - неполночленный нормального типа и у одной ценопопуляции - неполночленный инвазионного типа. Индексы возрастных спектров изученных ценопопуляций трех редких видов растений варьируют в широких пределах: индекс восстановления (Ів) - от 0 до 44,49%, индекс возрастности (?) - от 0,10 до 0,56, индекс старения (Ic) - от 0 до 28,80%, индекс эффективности (?) - от 0,33 до 0,82, индекс замещения (Із) - от 0 до 69,07%. Установлено, что ценопопуляции трех изученных редких видов растений в целом характеризуются высокими показателями генетического разнообразия: A.

Основное содержание работы

1. Установлено, что двадцать изученных ценопопуляций трех редких видов растений Пермского края (A. vernalis, A. sibirica, D. grandiflora) характеризуются широко варьирующими показателями численности. В исследованных ценопопуляциях A. vernalis общая численность (Nt) изменяется от 39 до 562 особей, репродуктивная (Nr) - от 37 до 400, а эффективная (Ne) - от 8 до 234 особей, в ценопопуляциях D. grandiflora Nt - от 56 до 487, Nr - от 42 до 256, Ne - от 40 до 239 особей. В ценопопуляциях A. sibirica параметры численности ниже (Nt - от 22 до 257, Nr - от 8 до 136, а Ne - от 8 до 89).

2. Показано, что возрастной спектр у 15 ценопопуляций трех изученных редких видов растений полночленный, нормального типа, у четырех - неполночленный нормального типа и у одной ценопопуляции - неполночленный инвазионного типа. По классификации «дельта-омега», три ценопопуляции отнесены к молодым, одиннадцать - к переходным, четыре - к зрелым, две - к стареющим ценопопуляциям.

3. Индексы возрастных спектров изученных ценопопуляций трех редких видов растений варьируют в широких пределах: индекс восстановления (Ів) - от 0 до 44,49%, индекс возрастности (?) - от 0,10 до 0,56, индекс старения (Ic) - от 0 до 28,80%, индекс эффективности (?) - от 0,33 до 0,82, индекс замещения (Із) - от 0 до 69,07%. Основной показатель возрастного спектра - индекс возрастности (?) варьирует у A. sibirica - от 0,10 до 0,37, у D. grandiflora - от 0,41 до 0,49, у A. vernalis - от 0,34 до 0,60.

4. Установлено, что изученные виды характеризуются низкой семенной продуктивностью: Кспр A. vernalis равен 18,78%, A. sibirica - 29,55%, D. grandiflora - 23,81%. Показано, что основной вклад в семенное размножение A. vernalis (40,4 полноценных семян на особь) и A. sibirica (16,7 полноценных семян на особь) вносят средневозрастные генеративные особи (g2), а у D. grandiflora - средневозрастные и старые генеративные особи (у g2 - 2089,5 и у g3 - 2408,6), что свидетельствует о превалировании в семенном размножении изученных видов именно этих возрастных состояний.

5. Установлено, что ценопопуляции трех изученных редких видов растений в целом характеризуются высокими показателями генетического разнообразия: A. vernalis (Р95=0,899; He=0,298; Hpop=0,281); A. sibirica (Р95=0,892; He=0,333; Hpop=0,292); D. grandiflora (Р95=0,828; He=0,272; Hpop=0,300). Показано, что A. vernalis характеризуется высоким уровнем межпопуляционной дифференциации ( =0,428). Величина параметра ниже у A. sibirica ( =0,357) и у D. grandiflora ( =0,269).

6. Выявлено, что ценопопуляции A. vernalis, расположенные в северной части островной Кунгурской лесостепи, характеризуются более низкими показателями генетического разнообразия (P95=0,596; Hpop=0,194), большей долей выявленных редких фрагментов ДНК (R=0,211) и большей степенью межпопуляционной дифференциации (Gst=0,461) по сравнению с ценопопуляциями, расположенными в южной части Кунгурской островной лесостепи (P95=0,834; Hpop=0,351; R=0,137; Gst=0,241).

7. В ценопопуляциях A. vernalis с полночленным возрастным спектром отмечена достоверная положительная корреляционная связь между показателем возрастности (?) и основными показателями генетического разнообразия, такими как доля полиморфных фрагментов ДНК (r=0,74; p=0,02), ожидаемая гетерозиготность (r=0,63; p=0,05) и индекс разнообразия Шеннона (r=0,65; p=0,05).

8. С целью оптимизации сохранения биоразнообразия на популяционном уровне апробирована методика молекулярно-генетической идентификации на примере ценопопуляции A. wolgensis; выявлены 4 мономорфных и 14 полиморфных идентификационных фрагментов ДНК, подтверждены родовые и впервые идентифицированы видовые фрагменты ДНК этого вида.

9. На основании комплексного анализа дана оценка состояния и рекомендованы меры охраны изученных ценопопуляций трех редких видов растений Пермского края: в стабильном состоянии находятся 17% ценопопуляций A. vernalis, 33% - A. sibirica и 20% - D. grandiflora; в относительно стабильном состоянии - 50% ценопопуляций A. vernalis, 33% - A. sibirica и 60% - D. grandiflora; а в нестабильном состоянии - 33% ценопопуляций A. vernalis, 33% - A. sibirica и 20% - D. grandiflora.

Статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Боронникова С.В., Тихомирова (Бельтюкова) Н.Н. Анализ генетической изменчивости популяций 2-х редких лекарственных видов рода Adonis с использованием ISSR-маркеров // Известия ТСХА. 2008. №1. С. 86-91.

2. Боронникова С.В., Тихомирова (Бельтюкова) Н.Н. Семенная продуктивность редкого лекарственного вида Digitalis grandiflora Mill. в Пермском крае // Раст. ресурсы. 2009. №2. С. 17-22.

3. Бельтюкова Н.Н., Боронникова С.В., Кариева Л.Г. Исследование генетического полиморфизма лекарственного вида Digitalis grandiflora Mill. с использованием анализа ретротранспозонов // Аграрная Россия. 2009. №4. С. 20-23.

Публикации в других изданиях

1. Тихомирова (Бельтюкова) Н.Н. Изучение ценопопуляций Digitalis grandiflora Mill. в УНБ «Предуралье» // Фундаментальные и прикладные исследования в биологии и экологии: материалы студенческой научной конференции / Перм. ун-т. Пермь. 2005. С. 26-28.

2. Кокаева З.Г., Боронникова С.В., Тихомирова (Бельтюкова) Н.Н., Дрибноходова О.П. Анализ генетического разнообразия популяционных систем редких и ресурсных видов растений // IY Международная научная конференция «Биотехнология - охране окружающей среды». Доклады МОИП Москва. 2006. C. 122.

3. Боронникова С.В., Тихомирова (Бельтюкова) Н.Н. Структура ценопопуляций и семенная продуктивность Digitalis grandiflora Mill. в Предуралье // Бюлл. бот. сада Саратовского гос. ун-та. Материалы Всеросс. науч. конф. «Ботанические исследования в Поволжье и на Урале», посвященная 50-летию Ботанического сада СГУ им Н.Г. Чернышевского. Саратов: изд-во «Научная книга». 2006. Вып. 5. С. 77-82.

4. Тихомирова (Бельтюкова) Н.Н., Боронникова С.В. ДНК-полиморфизм и демографические характеристики популяций некоторых редких видов растений Предуралья // Международная конференции «Генетика в России и мире, посвященная 40-летию Института общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН». Москва. 2006. С. 200.

5. Тихомирова (Бельтюкова) Н.Н., Боронникова Н.Н., Кокаева З.Г., Гостимский С.А. Популяционные характеристики и ДНК-полиморфизм Adonis sibirica Patrin ex Ledeb. в Пермском крае // Перспективы развития и проблемы современной ботаники: материалы I (III) Всероссийской молодежной научно-практической конференции ботаников в Новосибирске. Новосибирск. 2007. С. 233-235.

6. Боронникова С.В., Мандрица С.А., Кокаева З.Г., Суслонов А.В., Шибанова Н.Л., Тихомирова (Бельтюкова) Н.Н., Дрибноходова О.П. Динамика генетического разнообразия и структуры популяционных систем ресурсных растений Пермского края при антропогенных воздействиях // Региональный конкурс РФФИ-Урал. Результаты научных исследований, полученные за 2007 г. Пермь: ПНЦ УРО РАН, 2008. Ч. 2. С. 60-65.

7. Тихомирова (Бельтюкова) Н.Н., Боронникова С.В. Анализ геномов лекарственных растений с использованием молекулярных маркеров // Материалы Пятого Московского международного конгресса. М.: ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделееева. 2009. Часть 1. С. 213-214.

8. Кокаева Л.Ю., Кокаева З.Г., Боронникова С.В., Тихомирова (Бельтюкова) Н.Н., Кокаев Ю.И. Исследование генетического полиморфизма некоторых видов лекарственных растений // Материалы Пятого Московского международного конгресса. М.: ЗАО «Экспо-биохим-технологии», РХТУ им. Д.И. Менделееева, 2009 Часть 1. С. 323-324.

9. Тихомирова (Бельтюкова) Н.Н. Исследование ценопопуляций Adonis vernalis L. в Пермском крае // Симбиоз Россия 2009: материалы II Всерос. с международным участием конгресса студентов и аспирантов-биологов / Перм. гос. ун-тет. Пермь. 2009. С. 247-248.

10. Beltukova N.N., Boronnikova S.V. The research of rare and decorative plant genomes with use of molecular markers // Abstract of the 13th annual Simposium for Biology Students of Europe - Kazan 2009 / Edited by Tatiana V. Baltina. Kazan: printed Kazan State University. 2009. P. 42.

11. Бельтюкова Н.Н., Бойкова А.А., Боронникова С.В. Популяционные характеристики Adonis vernalis L. в Пермском крае // Ботанические исследования на Урале: материалы регион. с междунар. участием науч. конф., посвящ. памяти П.Л. Горчаковского / отв. ред. С.А. Овеснов. Перм. гос. ун-т. Пермь. 2009. С. 36-39.

Подписано в печать 9.03.2010. Формат 60х84 1/16

Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ 70.

Типография Пермского университета. 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15

Размещено на .ru