Содержание к диссертации
Введение
1 Закономерности распространения гаметофитного апомиксиса у цветковых (обзор литературы) 11
1.1 Амфимиксис в системе семенного размножения у цветковых 12
1.2 Апомиксис в системе семенного размножения у цветковых 13
1.2.1 Гаметофитный апомиксис как способ семенного размножения у
цветковых .15
1.2.1.1 Классификация форм гаметофитного апомиксиса у цветковых .18
1.2.1.2 Методы диагностики гаметофитного апомиксиса у цветковых 20
1.2.1.3 Степень распространения гаметофитного апомиксиса у цветковых .26
1.2.1.4 Закономерности распространения гаметофитного апомиксиса у цветковых .28
1.2.2 Гаметофитный апомиксис в семействе Asteraceaе 31
1.2.2.1 Формы апомиксиса в семействе Asteraceaе 31
1.2.2.2 Степень распространения апомиксиса в семействе Asteraceaе 35
1.2.2.3 Закономерности распространения гаметофитного апомиксиса в семействе Asteraceaе .44
2. Материал и методика 47
2.1 Материал 47
2.2 Методы исследования .49
2.2.1 Методика исследования семенной продуктивности при различных режимах цветения 49
2.2.2 Сбор материала для цитоэмбриологических исследований 51
2.2.3 Методика приготовления цитоэмбриологических препаратов из «просветлённых» семязачатков 51
2.2.4 Статистическая обработка .52
3 Частота апомиксиса в популяциях видов Asteraceaе флоры Северо Западного Кавказа 53
3.1 Семенная продуктивность в популяциях видов Asteraceaе флоры Северо-Западного Кавказа .53
3.1.1 Семенная продуктивность в популяциях видов Asteraceae при свободном цветении 53
3.1.1.1 Семенная продуктивность в популяциях видов подсемейства Cichorioidea при свободном цветении 53
3.1.1.2 Семенная продуктивность в популяциях видов подсемейства Asteroidea при свободном цветении .56 3.1.2 Семенная продуктивность в популяциях видов Asteraceae при беспыльцевом режиме цветения 57
3.1.2.1 Семенная продуктивность в популяциях видов подсемейства Cichorioidea при беспыльцевом режиме цветения .57
3.1.2.2 Семенная продуктивность в популяциях видов подсемейства Asteroidea при беспыльцевом режиме цветения .57
3.2 Цитоэмбриологическое исследование растений видов Asteraceaе флоры Северо-Западного Кавказа .58
3.2.1 Цитоэмбриологическое исследование растений в популяциях видов подсемейства Cichorioidea 58
3.2.2 Цитоэмбриологическое исследование растений в популяциях видов подсемейства Asteroidea .58
3.3 Частота гаметофитного апомиксиса в исследованных популяциях видов Asteraceae флоры Северо-Западного Кавказа .62
4 Частота апомиксиса в популяцияхвидов Asteraceaе флоры иных регионов европейской части России 66
4.1 Семенная продуктивность в популяциях видов Asteraceaе флоры иных регионов европейской части России 66
4.1.1 Семенная продуктивность в популяциях видов Asteraceaе подсемейства Asteroidea при свободном цветении 66
4.1.2 Семенная продуктивность в популяциях видов Asteraceaе подсемейства Cichorioidea при свободном цветении .69
4.1.3 Семенная продуктивность в популяциях видов Asteraceaе подсемейства Asteroidea при беспыльцевом режиме цветения .69
4.1.4 Семенная продуктивность в популяциях видов Asteraceaе подсемейства Cichorioidea при беспыльцевом режиме цветения .70
4.2 Цитоэмбриологические исследования растений видов Asteraceaе флоры иных регионов европейской части России 70
4.3 Частота гаметофитного апомиксиса в исследованных популяциях видов Asteraceae флоры иных регионов европейской части России 77
5 Закономерности распространения апомиктичных форм Asteraceaе во флоре европейской части России 81
5.1 Сравнительный анализ степени распространения апомиксиса среди Asteraceaе Северо-Западного Кавказа и Нижнего Поволжья .81
5.2 Изменчивость частоты апомиксиса и половой структуры популяций по градиенту географической широты в популяциях Antennaria dioica
5.2.1 Семенная продуктивность A. dioica при различных режимах цветения .95
5.2.2 Частота апомиксиса в популяциях A. dioica по цитоэмбриологическим маркёрным признакам .99
5.2.3 Половая структура популяций A. dioica .102
5.3 Степень распространения апомиксиса в семействе Asteraceae в европейской части России 107
Заключение 110
Выводы 117
Список литературы
- Классификация форм гаметофитного апомиксиса у цветковых
- Методика приготовления цитоэмбриологических препаратов из «просветлённых» семязачатков
- Семенная продуктивность в популяциях видов подсемейства Cichorioidea при свободном цветении
- Семенная продуктивность в популяциях видов Asteraceaе подсемейства Cichorioidea при беспыльцевом режиме цветения
Классификация форм гаметофитного апомиксиса у цветковых
Как известно, половое воспроизведение, в основе которого лежит двойное оплодотворение и предшествующий ему мейоз, в ходе реализации которого происходит редукция числа хромосом, занимает господствующее положение у растений. Результатами двойного оплодотворения являются: диплоидный зародыш, который наследует признаки обоих родителей (2n), триплоидный эндосперм (3n) с двумя материнскими и одним отцовским геномами при Polygonum–типе зародышевого мешка (Наумова, 2008). Оно обеспечивает колоссальные эволюционные преимущества цветковым растениям. Это явление считается ключевым моментом в развитии растительного организма (Ляпустина, Сатарова, 2009). Половое размножение в эволюции живых организмов появилось очень рано, и с этим, по-видимому, связано сходство основных элементов полового размножения у растений и животных (Петров, 1988).
Половое размножение в биологии почти безраздельно отождествляется с термином амфимиксис (Кордюм, Глущенко, 1976; Мюнтцинг, 1967; Поддубная–Арнольди, 1976). С этой точки зрения классифицируются типы и отдельные этапы процессов размножения. При этом те из них, при которых происходят какие–либо нарушения амфимиксиса относят, как правило, к бесполым.
При амфимиксисе, таким образом, семена образуются на основе нормального полового процесса, включающего мейоз и оплодотворение (Кашин, Шишкинская, 1999). Впервые этот термин был предложен A.Weismann (1892). Исходя из первоначального определения амфимиксиса, предложенного им «…смешение наследственной субстанции двух индивидуумов», видно, что этот термин подчеркивает, в первую очередь, генетический характер и половой способ образования нового индивидуума, т.е. он более точно и более полно отражает биологическую сущность явления, чем просто «оплодотворение» или половой процесс. Биологическое значение амфимиксиса связывают с биологической сущностью определенных сторон процесса оплодотворения. Считается, что благодаря бипарентальному наследованию (материнское – от яйцеклетки и отцовское – от спермия) в результате амфимиксиса получается более жизнеспособные организмы, обладающие более широким спектром изменчивости по сравнению с апомиктичными растениями (Батыгина, 2000а; Weismann, 1892).
Апомиксис в системе семенного размножения у цветковых Проблема апомиксиса имеет большое теоретическое и практическое значение: с одной стороны, она тесно связана с вопросами видообразования и эволюции, с другой – с закреплением новых форм у культурных растений путем получения относительно константных, апомиктически размножающихся индивидуумов (Поддубная–Арнольди, 1976). Более ста лет в литературе обсуждаются различные аспекты апомиксиса, в том числе и вопрос об объеме самого понятия «апомиксис», которое используется либо в широком, либо в узком смысле этого слова (Батыгина, 2000б).
Рассматривая апомиксис у различных групп растений, H.Winkler (1908) определил его как «образование спорофита из клеток гаметофита без слияния гамет», включая в него и вивипарию. Понимание апомиксиса в таком объёме имеет лишь историческое значение. В настоящее время никто из исследователей его не придерживается.
Большинство исследователей в настоящее время под апомиксисом у цветковых понимают неполное (агамное) размножение семенами (Nogler, 1984). Апомиксис при этом ограничивается гаметофитными формами и адвентивной эмбрионией - спорофитной формой, при которой зародыш развивается без оплодотворения из соматических клеток семязачатка, врастающих в полость центральной клетки мегагаметофита (Поддубная-Арнольди, 1976; Петров, 1979, 1988; Левина, 1981; Nogler, 1984; Bashaw, Hanna, 1990; Fagerlind, 1940; Stebbins, 1941; Gustafsson, 1946 – 1947; Maheshwari, 1950; Grant, 1981; Crane, 1989; Czapik, 1996b). Некоторые авторы адвентивную эмбрионию относят к особой категории вегетативных способов размножения, исключая ее из форм апомиксиса и ограничивая его лишь гаметофитными формами (Батыгина, 1993, 1999, 2000в; Battaglia, 1963; Batygina, 1989, 1990).
Ряд авторов (Куприянов, 1978, 1989; Shishkinskaya, 1991) рассматривают апомиксис в качестве компонента системы полового размножения, наряду с амфимиксисом, т.е. понимают его как разновидность полового размножения. Общность структурной базы, на которой осуществляются оба процесса (половые органы, гаметы) и общность генетического контроля послужили основанием для подобного взгляда на проблему апомиксиса (Кашин, Шишкинская, 1999). При этом апомиксис ограничивается его спорофитными и гаметофитными формами.
В данной работе мы придерживается именно такого понимания явления апомиксиса. 1.2.1 Гаметофитный апомиксис как способ семенного размножения у цветковых
При гаметофитной форме апомиксиса зародыш нового организма развивается из яйцеклетки или другой клетки зародышевого мешка (синергиды или антиподы). Стадия мегагаметофита при этом обязательно присутствует в процессе образования семени (Кашин, Шишкинская 1999).
Наследуемая форма (устойчивая) гаметофитного апомиксиса характеризуется двумя важными особенностями. С одной стороны, сохранением процесса смены поколений (спорофит – гаметофит – спорофит), в отличие от явления эмбриоидогении, а с другой – сохранением в ядрах клеток женского гаметофита диплоидного набора хромосом, отсутствием редукции их числа. Очевидно, что именно сохранение нередуцированного набора хромосом в яйцеклетке при гаметофитном апомиксисе позволяет ей регулярно образовывать зародыши без оплодотворения (Терехин, 1995). Именно эти особенности позволяют говорить о нередуцированных (наследуемых и регулярно повторяющихся) формах гаметофитного апомиксиса. Такие формы апомиксиса в отличие, например, от явлений партеногенеза в яйцеклетках с редуцированным числом хромосом, образуются в результате более или менее сложных цитогенетических и морфогенетических процессов, изменяющих или даже исключающих процесс мейоза и мегаспорогенеза. Они представлены двумя группами явлений: диплоспорией, при которой зародышевый мешок образуется из генеративной клетки (мегаспороцита или клетки диады), и апоспорией, при которой зародышевый мешок образуется из соматической клетки нуцеллуса. Однако четкую границу между диплоспорией и апоспорией легко провести только у видов с одноклеточным археспорием. У форм с многоклеточным археспорием граница между диплоспорией и апоспорией неотчетлива и трудноуловима, нелегко установить из каких именно клеток развиваются зародышевые мешки (Петров, 1979).
Методика приготовления цитоэмбриологических препаратов из «просветлённых» семязачатков
Первую классификацию системы апомиктичного размножения предложил Х. Винклер (Winkler,1908). Он делил весь органический мир по характеру размножения на три группы: амикты – организмы, у которых половая дифференцировка еще не возникла и в связи с этим отсутствует половое размножение; амфимикты – организмы, размножающиеся половым путём, и апомикты – организмы, в прошлом размножающиеся половым путем, но в последствии частично или полностью утратившие способность к половому размножению (Петров, 1988). Х. Винклер включил в апомиксис наряду с партеногенезом и апогамией адвентивную эмбрионию, вивипарию и вегетативное размножение почками, луковицами, корневищами. (Шишкинская, Юдакова, 2000; Winkler,1908, 1920, 1934). Позднее было предложено более десяти различных классификаций типов апомиксиса (Fagerlind, 1940; Stebbins, 1941; Gustafsson, 1946, 1947; Модилевский, 1948; Мегашвари, 1954; Nygren, 1954; Battaglia, 1963; Хохлов, 1967, 1970; Петров, 1964; Rutishauser, 1969; Солнцева, 1970,1997; Bara, Ghiorgita, 1974; Поддубная–Арнольди, 1976; Shishkinskaya, 1991; Батыгина, 1993, 1999, 2000а, и др.). Практически каждый автор стремился разработать свою классификацию и обновить терминологию. Это привело к путанице, так как одни и те же формы апомиксиса обозначались разными терминами.
Как уже отмечалось, нет единодушия даже в определении самого понятия апомиксис. Исходя из этого, мы посчитали необходимым во избежание разночтения изложенного в работе материала, дать классификацию апомиксиса в том виде, как это понимается в данной работе. В данной работе мы понимаем под апомиксисом все формы семенного воспроизводства у цветковых, происходящие без смены ядерных фаз (апомейотически) и без оплодотворения элементов мегагаметофита, т.е. его гаметофитные и спорофитные формы. В свою очередь гаметофитный апомиксис включает в себя четыре формы, каждая из которых представляет собой комбинацию одной из форм апомейоза (дипло- или апоспорию) и апозиготии (партеногенез или апогаметия) (Кочанова, 2008) (рис. 1.1).
Методы диагностики апомиксиса у цветковых Современные экспериментальные методы морфологии, эмбриологии, генетики и экологии растений позволяют очень точно выявить все детали биологии размножения у любого вида. Но подавляющие большинство методик требуют длительных и трудоемких исследований, связанных со специальными достаточно сложными способами сбора материала, продолжительными экспериментами и наблюдениями в природе. (Куприянов, 1989). Поэтому до настоящего времени выявление апомиксиса является сложной и трудоемкой задачей. Это зависит от ряда причин: - отсутствием абсолютно надежных маркерных признаков апомиксиса; - функционированием апомиксиса и амфимиксиса на одной и той же структурной основе (половые органы, гаметофиты, гаметы), что требует изучения всех этапов репродуктивного процесса, значительно протяжённых во времени; - разнообразие форм апомиксиса; - факультативность апомиксиса (необязательностью проявления) в подавляющем большинстве случаев; - варьированием выраженности апомиксиса по годам в зависимости от внешних условий в пределах ареала вида или даже в пределах отдельных популяций по годам (Кашин, 2006). С.С. Хохлов подразделил методы выявления апомиксиса у цветковых на две основные группы: косвенные и прямые методы. Первые основаны на учете ряда особенностей апомиктичных видов, а именно: полиморфизм внутри видов и родов, наличие у них поли- и анеуплоидных рядов, полиэмбрионии и гинодиэции, наличие апомиксиса в пределах родственных видов и родов. Но эти признаки не могут дать окончательных данных о наличии апомиксиса у растений. Прямые методы более точны, но они сложны и трудоемки. К ним относятся метод беспыльцевого режима, гибридологический и цитоэмбриологический методы (Куприянов, 1989). Именно неразрешимые трудности, встающие на пути познания таксономического и географического распространения апомиктичных видов при их выявлении традиционными методиками, привели в своё время С.С. Хохлова с соавт. (Хохлов, 1970; Хохлов, Зайцева, 1970; 1971; Хохлов, Зайцева, Близнюк, 1968а, б, 1973; Еналеева, Тырнов, Хохлов, 1972; Куприянов, Жолобова, 1975: Хохлов и др., 1978; Куприянов, 1981, 1982) к необходимости разработки ускоренных методов выявления апомиксиса у цветковых. Попытки облегчить, сделать более простыми и быстрыми методики изучения женской сферы предпринимались и ранее. Так В.А. Поддубной-Арнольди (1938, 1954) были разработаны ускоренные методики изучения зародышевых мешков и семязачатков у ряда видов сем. Орхидных. Однако они неприменимы к тем объектам, у которых семязачатки не так малы, как у представителей этого семейства.
Методом анализа, существенно ускоряющим выявление апомиктичных форм, предполагался антморфологический метод. Он основан на существовании корреляции между способами размножения и характерными признаками цветка (Хохлов и др., 1968). Он был предложен С.С.Хохловым, а затем в дальнейшем успешно применен и усовершенствован его учеником П.Г. Куприяновым (1981, 1989).
С.С. Хохлов считал, что когда растение переходит на апомиктичный способ размножения, это приводит к редукции отдельных частей цветка в определенной последовательности. В первую очередь редукция проявляется в сфере андроцея, при этом в пыльнике увеличивается количество стерильной пыльцы, пыльцевые зерна начинают меняться по размеру формы, по выполненности. У некоторых апомиктичных видов пыльца вообще не образуется, а дальше идет редукция пыльников и тычинок. Затем наблюдается уменьшение размера венчика, иногда до полной утраты лепестков (апетализация), а иногда наоборот, количество лепестков увеличивается за счет превращения тычинок в лепестки. А у некоторых видов наблюдается ослабление окраски венчика.
Семенная продуктивность в популяциях видов подсемейства Cichorioidea при свободном цветении
У представителей подсемейства Asteroidea завязываемость семян при свободном режиме цветения также варьировала в широком диапазоне - от 8.63±0.46% (Ptarmica griseo-virens) до 100% (Bidens frondosa). В отличие от представителей подсемейства Cichorioidea в целом виды данного подсемейства характеризовались более высоким уровнем семенной продуктивности. Так из 36 проанализированных в этом отношении популяций 29 видов семенная продуктивность выше 50% выявлена в популяциях 14-ти видов, причём в 8-ми – около или выше 80%. Семенная продуктивность с частотой от 25 до 50% отмечена в популяциях 15 видов, а с частотой ниже 25% - в популяциях 7 видов подсемейства, т.е. в популяциях около половины исследованных видов подсемейства семенная продуктивность была выше или близкой к 50%.
При этом в 2007 г. максимальная семенная продуктивность отмечалась в популяциях Bidens frondosa (100%), Acroptilon repens (83.74±3.87%), Carthamus lanatus (84.26±5.30%), Xeranthemum cylindraceum (78.31±5.32%), в 2009 г. – в популяциях X. cylindraceum (72.95±8.82%), в 2010 г. - в популяциях Centaurea salonitana (78.33±8.14%), Inula conyza (88.27±6.17%), в 2011 г. - в популяции Senecio aurantiacus (83.33±11.24%). Минимальная семенная продуктивность наблюдалась в 2008 г. у Ptarmica griseo-virens (8.63±0.46%), Anthemis cotula (9.56±0.45%), а в 2011 г. - у Antennaria caucasica (9.42±0.40%) (табл. 3.1).
При исследовании 30 популяций 25 видов подсемейства в условиях беспыльцевого режима цветения семена завязались в популяциях следующих двух видов: Taraxacum stevenii (22.13±2.47%), Leontodon caucasicus (18.90±2.89%). У растения всех прочих исследованных видов при данном режиме цветения семена не завязались (табл. 3.1).
Семенная продуктивность в популяциях видов подсемейства Asteroidea при беспыльцевом режиме цветения. При исследовании 54 популяций 45 видов подсемейства в условиях беспыльцевого режима цветения семена завязались в следующих популяциях Bidens frondosa (78.8±6.9%), Carthamus lanatus (13.74±1.31% и 47.78±10.13%), Inula conyza (43.00±6.21%) и Xeranthemum annuum (15.17±3.22%). Растения всех прочих исследованных видов при данном режиме цветения семена не завязывали (табл. 3.1).
При цитоэмбриологическом исследовании растений популяций 13 видов подсемейства Cichorioidea (табл. 3.2) обнаружены признаки гаметофитного апомиксиса у растений 5 видов, а именно у растений Cicerbita cacalifolia, Hieracium auratum, Leontodon caucasicus, Pilosella brachiata и Taraxacum stevencii, что составляет около 40% от числа исследованных видов. Частота обнаружения таких признаков варьировала в диапазоне от 10.5±3.5% до 25.1±8.5%. При этом у растений двух видов (C. cacalifolia и P. brachiata) выявлено наличие в семязачатках рядом с эуспорическими мегагаметофитами или тетрадой мегаспор апоспорических инициалей (с частотой 23.5±1.2% и 5.3±0.5%, соответственно). У растений 4-х из 5 видов обнаружены случаи развития зародыша и/или эндосперма без оплодотворения. Это – растения видов H. auratum, L. caucasicus, P. brachiata и T. stevencii. При этом в большинстве случаев отмечена преждевременная эмбриония (у H. auratum, L. caucasicus и T. stevencii (рис. 3.1.1). Только у растений P. brachiata не обнаружена преждевременная эмбриония, но выявлены случаи развития без оплодотворения эндосперма или зародыша и эндосперма одновременно. Как выше указано, именно у растений данного вида отмечена и апоспория.
При цитоэмбриологическом исследовании растений популяций 15 видов подсемейства Asteroidea (табл. 3.2) признаки гаметофитного апомиксиса обнаружены у растений 4 видов, а именно у растений Bidens frondosa, Таблица 3.2 Результаты цитоэмбриологического исследования видов семейства Asteraceae, произрастающих на территории Северо Западного Кавказа
Carthamus lanatus, Phalacroloma septentrionale и Xeranthemum annuum, что составляет менее 30% от числа исследованных видов. Частота обнаружения таких признаков варьировала в диапазоне от 5.5±0.1 до 29.7±3.6%. При этом у растений, по крайней мере, четырёх видов (B. frondosa, C. lanatus, Pilosella brachiata и X. annuum) выявлено наличие в семязачатках рядом с эуспорическими мегагаметофитами или тетрадой мегаспор апоспорических инициалей (с частотой 29.7±3.6%, 5.5±0.3%, 1.4±0.3% и 8.9±0.6%, соответственно) (рис. 3.1.3). У растений 2-х из 4 видов обнаружены случаи развития зародыша, или зародыша и эндосперма без оплодотворения. Это – растения видов Pilosella brachiata и X. annuum. В популяциях растений этих двух видов кроме преждевременной эмбрионии и эндоспермогенеза без оплодотворения выявлены и случаи апоспории.
3.3 Частота гаметофитного апомиксиса в исследованных популяциях видов Asteraceae Северо-Западного Кавказа
Из данных, приведённых в таблице 3.1 видно, что в большинстве исследованных популяций наблюдалось амфимиктичное развитие семян. Так как при беспыльцевом режиме цветения могут завязываться семена только путём апомиксиса, то популяции всех исследованных видов, у растений которых при данном режиме цветения семена не завязались, следует отнести именно к облигатно амфимиктичным. Виды растений, у которых завязались семена при беспыльцевом режиме цветения, следует отнести к факультативно апомиктичным. К таким видам относятся Taraxacum stevenii, Leontodon caucasicus из подсемейства Cichorioidea и Carthamus lanatus, Xeranthemum annuum, Inula conyza из подсемейства Asteroidea.
Так как семена, завязавшиеся у растений популяций при беспыльцевом режиме цветения путём апомиксиса, составляют часть семян, завязавшихся при цветении в условиях свободного опыления, то реальная частота апомиксиса в исследованных популяциях этих видов равна процентному отношению частоты завязываемости семян при беспыльцевом режиме цветения к частоте завязываемости семян при свободном опылении. При этом максимальная частота апомиксиса выявлена в популяциях C. lanatus из Геленжикского района (около 100%) и B. frondosa (около 80%).
Семенная продуктивность в популяциях видов Asteraceaе подсемейства Cichorioidea при беспыльцевом режиме цветения
При цитоэмбриологическом изучении A. dioica из популяций Саратовской области признаков апомиксиса обнаружено не было (табл. 5.7). Исключение составляет только популяция из Татищевского района, в которой в 2007 – 2010 гг. подобных признаков также не выявлено, но в 2012 г. с частотой около 0.5% обнаружена преждевременная эмбриония. Таким образом, на уровне цитоэмбриологического контроля подтверждены данные, полученные по семенной продуктивности при беспыльцевом режиме цветения, о том, что растения популяций A. dioica в Саратовской области ведут себя как почти исключительно облигатно амфимиктичные. Только в отдельные годы (из лет наблюдения только в 2012 г.) в отдельных популяциях (Татищевский и Б.-Карабулакский районы) у некоторых растений обнаруживаются признаки гаметофитного апомиксиса.
В то же время у растений популяций, произрастающих в Пензенской области в годы наблюдения (2009, 2010, 2012) чаще всего обнаруживались цитоэмбриологические признаки апомиксиса на уровне 5 - 30%. При этом имело место как формирование апоспорических инициалей, так и преждевременная эмбриония. Только в популяции 598 в 2010 г. признаков Таблица 5.7 гаметофитного апомиксиса на уровне цитоэмбриологического контроля не обнаружено (табл. 5.7). Однако и в этой популяции в данный год наблюдения семена в условиях беспыльцевого режима цветения завязывались. Всё это однозначно указывает на то, что популяции A. dioica из Пензенской области во все годы наблюдения вели себя как факультативно апомиктичные с варьирующей по годам частотой гаметофитного апомиксиса.
Подобный вывод напрашивается и при анализе частоты обнаружения цитоэмбриологических признаков гаметофитного апомиксиса в популяциях A. dioica, исследованных в Ульяновской, Республик Чувашия и Мари-Эл. В них с различной частотой в большинство лет наблюдения обнаружены цитоэмбриологические признаки апомиксиса (в популяции из Ульяновской области - в 2 из трёх лет наблюдения, Республики Чувашия – в оба года наблюдения, Республики Мари-Эл – в один из двух лет наблюдения). В популяции, исследованной на юге Кировской области, т.е севернее вышеперечисленных, цитоэмбриологические признаки апомиксиса обнаружены в один из 3-х лет наблюдения), а в популяциях севера Кировской области и популяции Республики Коми способность к апомиксису даже на уровне цитоэмбриологических признаков не обнаружена (табл. 5.7). Фактически речь идёт о популяциях, находящихся вблизи северной границы ареала исследуемого вида.
Из всего этого напрашивается вывод о том, что в отношении способов семенной репродукции по градиенту географических широт в европейской части России ближе к южной и северной границам ареала растения A. dioica ведут себя как облигатно амфимиктичные, а в центральной части ареала – как факультативно апомиктичные.
Примечание: прочерк – отсутствие данных. в популяции нет цветущих растений; женские растения полностью погибли. вида существенно различаются по половой структуре, как между собой, так и внутри одной популяции по годам.
Так в 2008 г. в популяции Татищевского района Саратовской области доля «мужских» растений составила около от числа проанализированных растений, а в популяциях Б.-Карабулакского и Хвалынского районов – лишь около 2/5 и 1/3 растений, соответственно, были мужскими.
В 2009 г. в популяции Татищевского района доля «мужских» и «женских» растений была примерно равной, в популяции Б.-Карабулакского района доля «мужских» растений составила около 2/3 от общего числа цветущих в ней растений. В популяции Хвалынского района доля таких растений составила почти 90%, а в популяции Вольского района – все 100% цветущих особей.
В 2010 г. в популяциях Татищевского и Хвалынского районов соотношение «мужских» и «женских» соцветий сохранилось на уровне 2009 г. Однако в популяции Хвалынского района доля «мужских» и «женских» растений была относительно близкой, притом что в 2009 г. «мужские» растения составили почти 90% от общего числа цветущих особей. В популяции Вольского района в этот год цвели только «женские» растения.
После чрезвычайно засушливых условий 2010 г. во всех четырёх исследуемых популяциях Саратовской области в 2011 г. отсутствовали цветущие растения.
В 2012 г. в популяции Татищевского района среди цветущих растений доля «мужских» составила 90%. В популяции Б.-Карабулакского района доля таких растений составила лишь около 1/3, в Хвалынском и Вольском районах цвели только мужские соцветия. Причём в Вольском районе женские растений в популяции после засухи 2010 г. элиминировали полностью, а в популяции Хвалынского района – в подавляющем большинстве.
В популяциях A. dioica из Пензенской области соотношение цветущих «мужских» и «женских» растений изменялось по годам скоррелированно и в каждый из лет наблюдений было близким. Так в 2009 и 2010 гг. это соотношение было смещено в сторону «мужских» растений (около 2/3 от числа цветущих). В 2011 г., - после засухи 2010 г., - растения в популяциях фактически не цвели, а в 2012 г. в обеих исследованных популяциях соотношение «мужских» и «женских» цветущих растений было близко к 1:1.
Интересная картина с половой структурой популяций A. dioica складывалась в годы исследования и в регионах европейской части России, расположенных севернее выше описанных. Так в 2011 г., в котором в популяциях Саратовской области растения вообще не цвели, а в популяциях Пензенской области цвели лишь отдельные растения, в популяциях Ульяновской и Кировской областей, а также Республики Мари-Эл не очень обильное цветение растений всё же наблюдалось, причём более 2/3 цветущих растений составляли «мужские» особи.
В 2012 г. во всех этих популяциях баланс цветущих «мужских» и «женских» особей был близок к соотношению 1: 1. Только в самой северной популяции из Республики Коми он был смещён в сторону «мужских» особей и был близок к соотношению 2/3.
Таким образом, популяции A. dioica из Саратовской области очень нестабильны в отношении половой структуры. Это, вероятно, связано с ограниченным размером этих популяций и экстремальностью условий обитания для растений данного вида на юго-восточной границе его ареала в европейской части России. При этом чаще всего в популяциях Саратовской области доминируют цветущие «мужские» особи. Это может быть одной из причин того, что южнее Татищевского района для существования растений нет приемлемых условий обитания, в т.ч. и за счёт резкого снижения числа женских особей, а соответственно и резкого снижения семенной продуктивности популяций вида.
Все популяции вида на территории Саратовской области являются критическими и без принятия срочных мер их состояние будет только усугубляться. Рекомендуется принятие срочных мер по сохранению и восстановлению численности особей и ареала вида на территории области за счёт искусственного высева семян A. dioica в северных центральных и западных районах области по старым разреженным сосновым насаждениям, а в дальнейшем проведение заготовок древесины сосны только при обязательном оставлении части соснового древостоя.
Экстремально засушливый 2010 год по широтному градиенту в европейской части России всюду сказался на численности цветущих растений в популяциях A. dioica и на балансе мужских и женских растений в последующий за ним год, сместив последний в сторону «мужских» особей. При этом на южной границе ареала условия этого года привели к тому, что в 2011 г. в популяциях имело место не развитие генеративных органов, т.е. цветение растений в них было полностью подавлено. В более северных районах условия 2010 года снизили общую численность цветущих растений в последующий год, сместив баланс «цветущих растений в сторону доли «мужских» особей. Таким образом, по градиенту экстремально засушливых условий года в аридных условиях южных регионов в последующий после засухи год цветение растений A. dioica полностью подавляется, а в регионах с меньшей аридностью климата – баланс цветущих растений смещается в сторону «мужских» особей.
Относительно не засушливые условия предыдущего цветению года приводят к тому, что в последующий год в популяциях наблюдается относительный баланс цветущих «мужских» и «женских» особей. «Женские» особи в неблагоприятных условиях засухи элиминируют из популяции первыми.
