Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Род Euphorbia и основные проблемы его систематики 9
1.1. Общая характеристика и систематическое положение 9
1.2. Краткая история таксономического изучения и формирования системы рода 10
1.3. Основные проблемы систематики рода Euphorbia и его подрода Esula на рубеже XX–XXI вв. и пути их решения 15
Глава 2. Материал и методы исследования 17
Глава 3. Построение системы подрода Esula рода Euphorbia на основе молекулярно филогенетического подхода 24
3.1. Краткая история молекулярно-филогенетического изучения рода Euphorbia и его подрода Esula 24
3.2. Результаты молекулярно-филогенетического изучения подрода Esula. Филогенетические реконструкции 30
3.3. Сравнительный анализ систем подрода Esula рода Euphorbia 40
Глава 4. Морфологическое разнообразие видов подрода Esula рода Euphorbia 49
4.1. Форма роста и жизненные формы 49
4.1.1. Побег и общее соцветие 49
4.1.2. Жизненные формы
4.2. Особенности вегетативных органов 62
4.3. Циатий 68
4.4. Морфология пыльцевых зерен 74
4.5. Плоды и семена
4.5.1. Общая характеристика 89
4.5.2. Исследование распространения сферокристаллов в семенах 94
4.6. Морфологические признаки и филогения подрода (заключение к главе 4) 107
Глава 5. Система подрода Esula рода Euphorbia 110
Глава 6. Обзоры отдельных секций подрода Esula рода Euphorbia 136
6.1. Секция Helioscopia 138
6.2. Секция Myrsiniteae 184
6.3. Секция Chylogala 192
6.4. Секция Patellares 196
Глава 7. Обзор видов подрода Esula рода Euphorbia Восточной Европы и Кавказа 204
7.1. Краткая история исследований 204
7.2. Систематика отдельных видовых комплексов 207
7.2.1. Euphorbia esula, E. virgata и близкие к ним виды 207
7.2.3. Комплекс E. illirica s.l. 214
7.2.4. Комплекс Euphorbia nicaeensis — E. glareosa s.l. 224
7.3. Система подрода Esula рода Euphorbia Восточной Европы и Кавказа 229
Глава 8. Географический анализ видов подрода Esula рода Euphorbia 281
8.1. Задачи и принципы географического анализа 281
8.2. Географический анализ видов подрода Esula рода Euphorbia в полном объеме 283
8.3. Географический анализ ирано-туранских видов 295
8.4. Географический анализ средиземноморских видов 303
Глава 9. Основные черты эволюции представителей подрода Esula рода Euphorbia 309
Заключение 320
Список литературы
- Краткая история таксономического изучения и формирования системы рода
- Результаты молекулярно-филогенетического изучения подрода Esula. Филогенетические реконструкции
- Особенности вегетативных органов
- Систематика отдельных видовых комплексов
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В комплексе вопросов, связанных с изучением биологического разнообразия растительного мира Земли, систематика, география и филогения крупнейших по численности видов родов покрытосеменных растений является самостоятельной фундаментальной научной проблемой (Frodin, 2004). Такие роды активно исследуют в различных странах мира (Berry et al., 2005; Sarkinen et al., 2013 и др.), этой тематике посвящают специальные симпозиумы на международных ботанических конгрессах. Системы и монографические обзоры крупнейших родов покрытосеменных актуальны не только для систематики и филогении, но и могут быть исходным материалом для важнейших ботанико-географических, историко-географических, эволюционных и иных обобщений (Corner, 1961).
Род Euphorbia L. (молочай) относится к семейству Euphorbiaceae Juss., включает около 2 тыс. видов (Govaerts et al., 2000) и является одним из крупнейших по числу видов среди покрытосеменных. Его виды распространены на всех континентах (кроме Антарктиды) от тропиков до высоких широт, для них характерно огромное разнообразие жизненных форм, они принимают заметное участие в сложении ряда растительных сообществ, особенно в аридных регионах. Многие из них используются как лекарственные и декоративные растения, подлежат охране, в том числе и на основании международных соглашений.
Подрод Esula Pers. рода Euphorbia включает виды, распространенные преимущественно в умеренной зоне Евразии, а также в Северной и Центральной Америке, Центральной и Южной Африке, на Мадагаскаре, островах Индийского и Тихого океанов. Разработка системы подрода, решение спорных вопросов таксономии отдельных видов, создание региональных обзоров весьма актуальны в решении амбициозной научной задачи — подготовки монографического обзора всего рода Euphorbia.
Степень разработанности темы. Род Euphorbia давно и активно изучают во многих исследовательских центрах мира (Проханов, 1949, 1964; Dressler, 1962; Jablonski, 1973–1974; Hassal, 1977; Subils, 1977; Radclife-Smith, 1982, 1985, 1986, 2001; Huft, 1984; Carter, 1985, 1994; Gilbert, 1987, 1994; Be-ned, Orell, 1992; Ma, Wu, 1992; Steinmann, 1996; Molero et al., 1996; Park, 1998; Haevermans et al., 2004; Байков, 2007; Binojkumar, Balakrishnan, 2009, и др.) однако подроду Esula уделялось меньше внимания, чем другим подразделениям рода. До проведения настоящего исследования отсутствовала полноценная система подрода в полном объеме, не был выяснен его видовой состав; отсутствовали обзоры отдельных секций, не был проведен географический анализ и т. п. Все это стало основанием для выбора подрода Esula рода Euphorbia в качестве объекта комплексного молекулярно-филогенетического, таксономического, морфологического и ботанико-географического исследования.
Цели и задачи исследования. Целью работы является разработка новой системы подрода Esula рода Euphorbia в полном объеме и проведение его географического анализа.
Для достижения целей исследования были поставлены следующие задачи:
-
Проанализировать разнообразие важнейших морфологических признаков в контексте молекулярно-филогенетических данных, уделив основное внимание жизненным формам, строению пыльцевых зерен и некоторым признакам семян.
-
Предложить деление подрода на секции с отнесением к ним всех известных в настоящее время видов в объеме мировой флоры.
-
Подготовить монографические обзоры секций Helioscopia, Myrsiniteae, Patellares и Chylogala в полном объеме.
-
Подготовить региональный обзор подрода для Восточной Европы и Кавказа.
-
Провести географический анализ подрода в полном объеме, а также специальный анализ его крупнейших географических элементов.
-
На основании комплексного анализа доступной информации предложить гипотезы о месте и времени возникновения подрода, основных путях и факторах его эволюционных преобразований.
Научная новизна. Разработана новая система подрода Esula рода Euphorbia, существенно отличающаяся от ранее принятых. Автором диссертации описаны две секции, новые для науки, сделана одна новая номенклатурная комбинация в ранге секции и одна (в соавторстве) — в ранге подсекции. Впервые подготовлены детальные обзоры 4 секций подрода, насчитывающих 167 видов, а также обзор для Восточной Европы и Кавказа (93 вида). Всего в секционные и региональный обзоры включено 210 видов (45 % видового состава подрода), при этом описаны 3 вида, новых для науки, предложены 2 новых названия в ранге вида, для 108 названий выбраны лектотипы или неотипы, проанализированы 3 сложных комплекса близких видов. Впервые проведен географический анализ подрода с выделением географических элементов, являющийся одним из немногих примеров такого анализа для крупного таксона в полном объеме. Получена новая информация по морфологии пыльцевых зерен и анатомии семян.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследования позволили сформулировать ряд гипотез, объясняющих процессы эволюции крупного подразделения одного из крупнейших по числу видов рода покрытосеменных. Полученные данные могут быть использованы (и частично уже использованы) в подготовке определителей растений различных территорий, а также в образовательном процессе, при создании лекарственных средств, в основе которых лежит применение биологически активных веществ видов рода Euphorbia, при разработке мероприятий по охране его отдельных видов.
Методология и методы исследования. Для работы характерно сочетание современных молекулярно-филогенетических методов исследования с
традиционным морфолого-географическим методом. Подробнее этот вопрос рассмотрен в главе 2.
Положения, выносимые на защиту.
-
Подрод Esula рода Euphorbia насчитывает 467 видов, относящихся к 21 секции, в двух из которых выделяются по 2 подсекции.
-
Система, разработанная на основе молекулярно-филогенетического подхода и при требовании монофилии секций, лишь частично совпадает с традиционными системами, в основе которых лежит морфологический метод и возможность выделения парафилетических групп. Подтверждение молекулярными данными получают, как правило, те подразделения морфологической системы, которые хорошо выделялись по комплексу признаков.
-
Наиболее распространенной и, по-видимому, первичной жизненной формой в подроде Esula рода Euphorbia являются травянистые поликарпики. Травянистые монокарпики и древесные формы возникали в ходе эволюции неоднократно в различных филогенетических линиях подрода.
-
Центром современного разнообразия подрода Esula рода Euphorbia является Древнесредиземноморское флористическое подцарство, с которым связаны основные этапы эволюции подрода.
Степень достоверности и апробация результатов. Результаты и выводы диссертации достоверны, так как основаны на применении общепризнанных подходов и методических приемов, обширном коллекционном материале (86 гербариев из 31 страны), собственных наблюдениях в различных районах мира и анализе большого числа литературных источников. Материалы исследования докладывались на следующих научных мероприятиях: XVIII Международном ботаническом конгрессе (Мельбурн, 23–30.07.2011), международной конференции «Горные системы и их компоненты» (Нальчик, 13–18.08.2007), конференции по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения Карла Линнея (Москва, 16–19.05.2007), всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы ботаники в начале XXI века» (Петрозаводск, 22–27.09.2008), V Балканском ботаническом конгрессе (Белград, 7–11.09.2009), XII Московском совещании по филогении растений, посвященном 250-летию со дня рождения Георга-Франца Гофмана (Москва, 2– 7.02.2010), международной конференции «Изучение флоры Кавказа» (Пятигорск, 27.09–1.10.2010), всероссийской конференции «Биогеография: методология, региональный и методологический аспекты», приуроченной к 80-летию со дня рождения В. Н. Тихомирова (Москва, 30.01–3.02.2012), III Московской международной конференции «Молекулярная филогенетика» (Москва, 31.07– 4.08.2012), II международной научно-практической конференции «Проблемы сохранения биологического разнообразия и использования биологических ресурсов» (Минск, 22–26.10.2012), VIII международной конференции «Растительный мир Юго-Западной Азии» (Эдинбург, 1–5.07.2013), II Всероссийской конференции с международным участием «Карпология и репродуктивная био-
логия высших растений», посвященной памяти А. П. Меликяна (Москва, 1– 3.10.2014), XIII Московском совещании по филогении растений (Москва, 2– 6.02.2015).
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 69 работ, в том числе 22 статьи в рецензируемых журналах из списка ВАК и приравненных к ним, 7 коллективных монографий, 23 статьи в прочих изданиях, 17 тезисов докладов.
Личный вклад автора. Разработка новой системы подрода Esula рода Euphorbia проводилась в ходе работы международного коллектива, при этом роль автора диссертации состояла главным образом в таксономическом осмыслении и оценке результатов молекулярно-филогенетического анализа. Им подготовлены описания большинства секций и ключ для их определения, 2 секции описаны как новые для науки, для одной секции и подсекции сделаны новые номенклатурные комбинации. Значительная часть первичных молекулярно-филогенетических данных получена под научным руководством автора в ходе выполнения кандидатской диссертации А. А. Крюкова. Изучение морфологии пыльцевых зерен проводилось совместно с Н. А. Медведевой и А. Е. Пожидаевым, а отдельных особенностей морфологии семян — совместно с Н. А. Медведевой, Г. Е. Титовой и О. В. Яковлевой. Остальная часть работы выполнена диссертантом лично.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 348 страницах, состоит из введения, 9 глав, заключения, списка литературы, содержащего 441 источник, из них 276 на иностранных языках. В диссертации имеется 69 иллюстраций и 18 таблиц.
Благодарности. Отдельные аспекты работы с 1995 г. поддерживались Российским фондом фундаментальных исследований, Американским фондом гражданских исследований и развития, Национальным фондом научных исследований США.
Я благодарен коллегам по отделу Гербарий высших растений Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН, и особенно Р. В. Камелину, за постоянную помощь и поддержку в работе. Большое влияние на мое формирование как научного работника оказали И. А. Грудзинская и Н. Н. Цвелев, к светлой памяти которых я всегда буду обращаться. Импульс к созданию ботанико-географического раздела диссертации дали совместные полевые работы и творческое общение с Н. Н. Портениером, к сожалению, столь рано ушедшим из жизни. Я также благодарю А. В. Родионова за введение в курс проблематики молекулярной филогении; моего аспиранта А. А. Крюкова, с которым мы вместе осваивали многие аспекты молекулярной фи-логенетики; моих основных соавторов по разработке системы подрода Esula рода Euphorbia — P. E. Berry, R. Riina, J. Peirson, и по изучению отдельных морфологических особенностей молочаев — Н. А. Медведеву, А. Е. Пожида-ева, Г. Е. Титову и О. В. Яковлеву. Отдельная большая благодарность Г. Ю. Конечной, Д. Д. Соколову и А. К. Тимонину за очень конструктивные сове-6
ты, заметно улучшившие текст диссертации, а Н. В. Матвеевой и И. В. Соколовой — за ценные замечания по тексту автореферата.
Краткая история таксономического изучения и формирования системы рода
Растения, относящиеся к роду Euphorbia, были известны издавна, многие из них использовались в различных отраслях человеческой деятельности. О видах этого рода писал еще Тео-фраст; во всяком случае, переводчики и комментаторы его «Исследования о растениях» (Фео-фраст, 1951) идентифицировали 6 видов этого рода, произрастающих в Средиземноморье. В долинеевских работах растения, принадлежащие сейчас к Euphorbia s.l., относили в основном к родам Euphorbia (Euphorbium) и Tithymalus, реже — Chamaesyce, Lathyris, Esula, Pithyusa и др.
Еще до принятия бинарной номенклатуры Линней подготовил специальную работу, посвященную роду Euphorbia (Linnaeus, 1752). Содержание раздела, посвященного этому роду в первом издании «Species Plantarum» (Linnaeus, 1753) в значительной степени представляет собой повторение указанной работы, разумеется, с добавлением необходимых видовых эпитетов. В «Species Plantarum» было описано всего 56 видов Euphorbia (т.е. около 2–3% его реального видового состава), 29 из них, по современным представлениям, относятся к детально изучаемому в данной работе подроду Esula Pers. (около 6% видового состава).
Вторая половина XVIII в. — начало XIX в. — это период интенсивного описания новых видов рода. Следует отметить, что часть видов в то время описывалась и под другими родовыми названиями, известными с долиннеевских времен. В начале XIX в. предпринимаются первые попытки некоторой систематизации накопленного материала. Так, в обзоре C. H. Persoon (1806) приведено 156 видов Euphorbia; в этой работе род был впервые разделен на подроды, был описан и подрод Esula, к которому отнесено 70 видов.
A. Haworth (1812) в обзоре суккулентных растений принял разделение Euphorbia s.l. на более мелкие роды, оставив название Euphorbia только за крупными, преимущественно сукку-лентными растениями. Виды, ныне принадлежащие к подроду Esula, были в основном отнесены к родам Galarrhoeus Haw. и Esula (Pers.) Haw. У такого подхода всегда находились сторонники, хотя их обычно было меньше, чем тех, кто принимал Euphorbia в широком смысле.
В первой половине XIX в. вышел ряд региональных обзоров и флор, касающихся по преимуществу территории Европы, в которых были сделаны попытки построить более детальную систему рода (при его широком понимании), доводя ее до уровня секций (Roeper, 1824, 1828; Dumortier, 1827; Reichenbach, 1830-1832; W. D. J. Koch, 1837 и др.). Несмотря на некоторые различия в деталях, во всех этих системах в особую секцию под тем или иным названием отделялись виды, ныне относимые к подроду Chamaesyce, а среди видов, относимых к подроду Esula, обычно выделись две секции. Этот же подход характерен и для К. Ф. Ледебура (Ledebour, 1850), который включил в рассмотрение целый ряд азиатских видов.
Большое число различных названий на родовом и внутриродовом уровне опубликовал C. S. Rafinesque (1838, 1840 и др.). К сожалению, эти новации в большинстве случаев очень плохо обоснованы, хотя по правилам номенклатуры отдельные названия этого автора являются приоритетными.
Заметный вклад в разработку систематики Euphorbia и близких родов внес F. Klotzsch (1860), который предложил систему семейства Euphorbiaceae (б.м. соответствующую линнеев-скому «классу» Tricoccae). Им была принята узкая концепция рода. Несмотря на краткость изложения, это была одна из первых попыток представить систему и видовой состав интересующей нас группы растений в полном объеме. Виды, сейчас относимые к подроду Esula, попали главным образом в род Tithymalus, который насчитывал 223 вида.
Огромное значение для развития систематики рода Euphorbia имели работы E. Boissier, уделявшего ему особое внимание. Им описано много новых видов (Boissier, 1833, 1844, 1846, 1860), но особенно важны два его обзора (Boissier, 1862, 1879), которые, без сомнения, являются классическими для всех исследователей этой группы растений. Наибольшее значение имела обработка «subordo Euphorbieae» (Boissier, 1862) для «Продромуса», начатого О. П. Декандолем и продолженного его сыном А. Декандолем.
В этой обработке для «subordo Euphorbieae» Boissier принимает 2 трибы: Euphorbieae (роды Pedilanthus Neck. ex Poit., Euphorbia и Synadenium Boiss.) и Anthostema A. Juss. К роду Euphorbia в основной части работы (без дополнений, появившихся позже) отнесено 693 вида, принадлежащих к 27 секциям; только 7 видов не были отнесены к той или иной секции.
Секции, в свою очередь, делились на подсекции (обозначенные с помощью знака ), а в их пределах выделялись различные неформальные группы, нередко обозначавшиеся полиноминалами. Большинство видов современного подрода Esula в этой системе было отнесено к секции Tithymalus (Gaertn.) Roep., которая насчитывала 309 видов. В пределах этой секции было выделено 11 подсекций, довольно точно отражавших группы родства, причем многие из них сейчас нашли подтверждение и с помощью молекулярно-филогенетических методов.
Система Boissier была широко принята и надолго определила подходы к классификации молочаев, особенно в отношении видов умеренного пояса Северного Полушария. Большинство монографий и крупных региональных обзоров принимали именно ее. В частности, так сделано в обработке Euphorbiaceae в обоих изданиях «Die natrlichen Pflanzenfamilien» Энглера и Прантля (Pax, 1890-1891; Pax, Hoffmann, 1931), обзоре североамериканских видов секции Tithymalus (Norton, 1899). В ряде случаев эта система продолжала использоваться без серьезных изменений и дополнений до 1950–60-х гг. (например, Vindt, 1953; Khan, 1964; Rechinger, Schiman-Czeika, 1964), она использована в каталоге видов рода (Jablonski, 1973–74).
Несколько более детальную систему рода в применении к флоре Испании предложил B. Lzaro (1896), но другие исследователи рода ее практически не заметили. Лишь значительно позже многие названия, обнародованные Lzaro, оказались приоритетными для некоторых секций, описанных повторно.
Большой вклад в изучение систематики молочаев внетропической Евразии внес Я. И. Проханов, который разработал вполне оригинальную и чрезвычайно удачную систему этого рода для территории бывшего СССР. Особое значение работы Проханова имели для познания подрода Esula, так как именно его виды преобладают на территории СССР.
Первоначально в обзоре молочаев Средней Азии Проханов (1933) принял узкую концепцию рода и для исследуемого региона приводил виды, принадлежащие к родам Tithymalus, Chamaesyce, а также вновь им описанным родам Cystidospermum Prokh., Ctenadenia Prokh. и Sclerocyathium Prokh. Позже (Проханов, 1949), в обработке рода для «Флоры СССР» он принял широкую концепцию Euphorbia (скорее всего, под влиянием редакции этого издания) и выделил в его пределах три подрода: Paralias (Raf.) Prokh., Cystidospermum (Prokh.) Prokh. и Chamaesyce. Через некоторое время (Проханов, 1964) он уточнил номенклатуру отдельных секций, а для подрода Paralias принял приоритетное название Esula. В пределах последнего им выделялось 10 секций, для многих из них предложено обоснованное подсекционное деление (см. табл. 1.1).
Система Проханова довольно заметно отличалась от таковой Boissier, хотя между секциями подрода Esula у Проханова и подсекциями секции Tithymalus у Boissier имеется определенное соответствие (табл. 1.1). В целом можно констатировать, что в рамках морфолого-географического подхода вряд ли было возможно создать что-либо принципиально лучшее, чем система Проханова, во всяком случае, для территории внетропической Евразии.
Обработки рода Euphorbia в республиканских и региональных «флорах», подготовленных на территории СССР, следовали системе Проханова. Это характерно как для тех работ, где было принято секционное деление (Клоков, 1955; Тер-Хачатурова, Тамамшян, 1973; Хинтибид-зе, Гвинианидзе, 1983), так и тех, где такого деления не было (Пояркова, 1950; Халилов, 1955; Никитина, 1957; Пазий, 1959; Гамаюнова, 1963; Кинзикаева, Шибкова, 1981; Насимова, 1983; Безделева, 1991); во втором случае порядок расположения видов ясно указывает на следование Проханову. Исключением является, пожалуй, только обработка рода во втором издании «Флоры Кавказа» А. А. Гроссгейма (Тамамшян, 1962), где принят довольно странный гибрид систем Проханова и Boissier.
Результаты молекулярно-филогенетического изучения подрода Esula. Филогенетические реконструкции
В трактовке подобных комплексов также очень важно формирование «образа» как комплекса в целом, так и его отдельных составляющих частей (Тимонин, 1998; Камелин, 2004). Можно добавить, что значительную роль в построении «образа» играет характер изменчивости отдельных морфологических признаков, часто в связи с географическим распространением.
В случае сложных комплексов с неясной филогенией вряд ли в принципе может быть найден адекватный таксономический язык, так как любое решение имеет свои недостатки, поскольку «отбрасывает» определенный пласт информации. Весьма вероятно, что такие комплексы — пример «нетаксономического разнообразия» (Павлинов, 1992; Тимонин, 1993). В случае укрупнительства (крупный вид без признания подвидов) преувеличивается значение «переходных» форм, а наличие реальных, пусть и не вполне хорошо отграниченных рас игнорируется. Применение категории подвида иногда оправдано, хотя далеко не всегда решает проблему, так как, во-первых, часто «вводит в искушение» признания все более мелких и плохо отграниченных рас, а, во-вторых, является завуалированной формой снятия ответственности с исследователя (ведь всегда можно определить растение только до вида). Признание же в качестве вида не вполне отграниченных географических рас, неплохо различаемых монографом, у которого уже сложились «образы» таксонов, часто ставит в тупик начинающего флориста или иного пользователя ботанической информации.
Причина данной ситуации, с моей точки зрения, состоит главным образом в том, что принципы формальной логики, на которых основаны современные таксономические классификации, вряд ли могут быть использованы, чтобы с исчерпывающей полнотой описать все аспекты такого сложного явления как разнообразие комплексов близких рас. Признание этого факта не означает отказ от систематики и номенклатуры (ничего лучшего не придумано!), просто его надо постоянно иметь в виду и находить иные способы (примечания, графики, иллюстрации и т.п.) максимально адекватного описания того, что видит исследователь.
При принятии решений о трактовке ряда сложных комплексов близких эколого-географических рас (см. гл. 7), я придерживался следующих основных принципов. 1. Для обозначения географических рас, существование которых обосновывается как отличиями по отдельным морфологическим признакам, так и по их комплексу («образу» таксона), применяется категория вида. При этом особое значение придается характеру изменчивости (или структуре разнообразия) на определенной территории. 2. При прочих равных условиях существенное значение имеет географический фактор, особенно в случае наличия у морфологических форм достаточно ясно выраженной географической определенности. 3. Принимая свою трактовку, автор обработки может (и скорее всего, должен) отметить, какие иные трактовки с использованием других подходов, с его точки зрения, допустимы, а какие принципиально невозможны.
Основным материалом для работы были фонды Гербария высших растений Ботанического института им. В. Л. Комарова Российской академии наук (LE). Мой опыт позволяет считать это хранилище лучшим местом в мире для исследования систематики растений внетропи-ческой Евразии. Помимо этого, в той или иной мере были изучены фонды 86 коллекций из 31 страны и территории:
Россия: Гербарий Московского государственного университета (MW), Гербарий Главного ботанического сада им. Н. В. Цицина РАН (MHA), Гербарий Санкт-Петербургского государственного университета (LECB), Гербарий Института биологии внутренних вод им. И. Д. Папа-нина РАН (IBIW), Гербарий Института биологии Волжского бассейна РАН (PVB), Гербарий Пермского государственного университета (PERM), Гербарий Пензенского государственного университета им. Н. В. Белинского (PKM), Гербарий Никитского ботанического сада (YALT), Гербарий Пятигорского медико-фармацевтического института (PGFA), Гербарий Ставропольского ботанического сада им. В. В. Скрипчинского (SBG), Гербарий Кабардино-Балкарского университета (KBHG), Гербарий Алтайского государственного университета (ALTB); гербарии других стран: Абхазия: Гербарий Института ботаники Академии наук Абхазии (SUCH); Австралия: Национальный гербарий Виктории, Мельбурн (MEL); Австрия: Гербарий Музея естественной истории, Вена (W), Гербарий Университета Вены (WU); Азербайджан: Гербарий Института ботаники НАН Азербайджана (BAK); Армения: Гербарий Института ботаники НАН Армении (ERE); Беларусь: Гербарий Института экспериментальной ботаники им. В. Ф. Купревича НАН Беларуси (MSK), Гербарий Белорусского государственного университета (MSKU);
Особенности вегетативных органов
Впервые молекулярно-филогенетические методы в изучении подрода Esula рода Euphorbia были использованы испанскими исследователями при анализе отдельных макаронезийских видов (Molero et al., 2002). В этой работе были использованы внутренние транскрибируемые спейсеры гена 35Sp-PНК (ITS-маркеры). Было показано, что макаронезийские древесные и кустарниковые молочаи, обычно относимые к подсекции Pachycladae (авторы использовали систему Boissier (1862)) полифилетичны и так называемые «лавроидные» виды образуют устойчивую кладу.
Настоящий прорыв в молекулярно-филогенетическом изучении рода был сделан в работе V. W. Steinmann, J. M. Porter (2002) с цитирования которой сейчас начинается любая работа по молекулярной филогении молочаев. Авторами исследованы последовательности ITS и кодирующей части хлоропластных локусов ndhF у 223 видов, представляющих все ранее описанные подроды и роды в пределах Euphorbia s.l. Важнейшим результатом этой работы было выявление того факта, что род Euphorbia монофилетичен, но распадается на 4 клады, которые получили буквенные обозначения (A, B, C, D). Абсолютное большинство видов, ранее относимых к подроду Esula, оказались в кладе B; кроме того, в нее попали некоторые «карандашевидные» суккуленты, ранее относимые в основном к подроду Tirucalli.
Для клады В ITS-маркеры были изучены у 29 видов, ndhF — у 11 (рис. 3.1). Этих данных, конечно, было явно недостаточно для выяснения молекулярной филогении подрода и построения новой системы на уровне секций. Тем не менее, на имеющихся деревьях ясно видно, что в кладе В имеются две хорошо выраженные субклады.
Следующим этапом работы по созданию молекулярно-филогенетической системы рода было исследование его представителей, распространенных в Южной Африке (Bruyns et al., 2006). В работе использовались ядерные (ITS) и хлоропластные (psbArnH) маркеры. Концепция четырех клад получила подтверждение; кроме того, выяснилось, что клада B является сестринской по отношению к остальным. В этой работе клады были таксономически соотнесены с подродами: Rhizanthium (Boiss.) Wheeler (клада A), Esula Pers. (клада B), Euphorbia (клада C) и Chamaesyce Raf. (клада D). (Недавно, однако, выяснилось, что приоритетным названием для первого подрода является Athymalus Neck. ex Rchb. (Riina et al., 2013)). Что касается подрода Esula, то в этой работе ему было уделено сравнительно мало внимания.
С 2007 г. в Ботаническом институте им. В. Л. Комарова РАН под моим руководством начала работу исследовательская группа по молекулярно-филогенетическому изучению видов подрода Esula. В эту группу входил мой аспирант А. А. Крюков, на долю которого выпал основной объем работы, а также А. В. Родионов и Э. М. Мачс. В 2007–2010 гг. были получены результаты по последовательностям ITS для 53 видов, информация еще по 40 видам была взята из базы данных «Генбанк». По результатам этой работы была опубликована статья (Крюков и др., 2010), которая стала первой значительной публикацией, специально посвященной молекулярной филогении подрода Esula. Эти данные впоследствии составили основу кандидатской диссертации А. А. Крюкова (2013). Было установлено, что на основании анализа ITS-маркеров подрод Esula (клада B) распадается на 2 хорошо выраженные клады B-1 и B-2 (рис. 3.2–3.4), которые, в свою очередь, распадаются на ряд субклад. Целый ряд секций, особенно выделенных по признакам жизненных форм (однолетники) не получили поддержки. Были даны рекомендации по возможным направлениям изменения системы рода, но формальные таксономические решения приняты не были. (по Крюков и др., 2010). Использован метод максимальной экономии. Здесь и на рис. 3.4 знаком (+) отмечены виды, данные по которым были получены в ходе исследования; приведены ветви дерева с бутстреп-поддержкой 50% и более; справа от дерева даны обозначения систематической принадлежности видов (по Гельтман (2007)) и субклад. Bal — секция Balsamis, Cha — секция Chamaebuxus, Hel — секция Helioscopia, Hol — секция Holophyllum. Рис. 3.4. Клада В-2 филогенетического дерева видов подрода Esula рода Euphorbia (по Крюков и др., 2010). A — африканский вид неясной секционной принадлежности, Bal — секция Balsamis, Chy — секция Chy-logala, Esu_? — секция Esula (виды неясной подсекционной принадлежности), Esu_E —подсекция Esula секции Esula, Esu_P — подсекция Patellares секции Esula, Esu_S — подсекция Sieboldianae секции Esula, Her — секция Herpetorrhiza, Lat — секция Lathyris, NA — североамериканские виды неясной секционной принадлежности, Par_C — подсекция Conicocarpae секции Paralias, Par_M — подсекция Myrsiniteae секции Paralias, Par_P — подсекция Parallioideae секции Paralias, Pep — секция Peplus, Tir — виды, ранее относимые к подроду Tirucalli, недавно перенесенные в подрод Esula. Параллельно с нашей группой активно работали и другие исследователи подрода Esula. B. Frajman, P. Schnswetter (2011) исследовали 99 видов (преимущественно европейских и североафриканских) с применением ITS и trnTrnF маркеров. Как и в нашей работе, было показано разделение подрода на 2 основные клады, однако анализ последовательностей хлоропластных маркеров показал сестринское положение E. lathyris, составляющего монотипную секцию Lathyris Du-mort., по отношению ко всем другим представителям подрода (рис. 3.5). Авторы этой работы предложили новый вариант системы подрода, в пределах которого было выделено 10 секций.
Систематика отдельных видовых комплексов
Признаки строения нектарников (табл. 4.4, рис. 4.16) могут использоваться как на секционном уровне, так и на видовом. Представители секций Holophyllum и Helioscopia, образующие хорошо выраженную кладу, никогда не имеют придатков нектарников. У видов остальных секций они чаще имеются, хотя есть и ряд исключений (секции Calyptratae, Sclerocyathium, Guy-onianae). Наличие придатков обычно является стабильным видовым признаком, хотя, опять-таки, бывает ряд исключений: так, например, у E. falcata и E. microsciadia (секция Pithyusa), E. chylogala (секция Chylogala) имеются особи как с придатками, так и без них.
В морфологии нектарников прослеживается ряд гомоплазий. Так, нектарники весьма схожи у представителей секций Esula и Patellares (полулунные или трапециевидные, всегда с придатками, часто довольно длинными), на основании чего они ранее объединялись в одну секцию, но разделялись в ранге подсекций (Проханов, 1949, 1964). Молекулярно-филогенетические данные показали, что эти группы занимают удаленное положение на филогенетическом дереве. Также сходные нектарники имеются у некоторых представителей секций Paralias (E. segetalis, E. portlandica) и Biumbellatae (E. biumbellata).
Из других признаков строения циатия иногда используется степень рассеченности долей обертки циатия, что особенно характерно для видов секции Chylogala, а также наличие ее опушения — например, у E. volkii (секция Pithyusa).
Необходимо отметить, что в силу сложности исследования в систематике подрода лишь эпизодически применяются признаки внутренней структуры циатия, скрытые от непосредственного наблюдения. Есть сведения о наличии/отсутствии мелких чешуевидных брактеолей (иногда называемых внутрициатийными чешуями — intracyathial septal scales) при одиночных мужских цветках, собранных в парциальные соцветия (Molero, Rovira, 1992). Так, обычно указывается, что эти структуры отсутствуют у представителей секций Myrsiniteae и Lathyris; отмечалось, что таким же образом обстоит дело у восточноазиатских видов E. yanjinensis и E. tongchuanensis, выделявшихся в особую секцию Wentsai (Ma, Wu, 1992). К сожалению, этот признак в действительности изучен далеко не у всех видов, поэтому пока речь идет скорее о повторении когда-то кем-то приведенных сведений, чем о хорошем наборе данных. Последовательное изучение этого признака, как и морфологии брактеолей, было бы весьма желательно. На сегодняшний день морфология брактеолей, насколько мне известно, детально изучена лишь у некоторых представителей секции Esula (Molera, Rovira, 1992), что позволило выявить различия между отдельными видами секции. Специального изучения заслуживают и другие признаки внутреннего строения циатия (например, характер опушения внутренней поверхности обертки), что может дать много новой интересной информации для таксономических построений. Циатий — обоеполая структура, однако недавно было показано, что существуют так называемые «мужские» циатии, у которых женский цветок либо не развивается вовсе, либо недоразвит (Narbona et al., 2002). Такие циатии были найдены у ряда видов из разных таксономических групп рода (Narbona et al., 2002, 2011), что дает основание считать, что в роде довольно широко распространена андромоноция (при этом циатий условно принимается за цветок), поэтому интересным направлением исследований может быть биология цветения у видов Euphorbia, включая выяснение распределение мужских и обоеполых циатиев на общем соцветии и последовательности их развития.
Морфология мужского гаметофита (пыльцевых зерен) очень часто используется для характеристик таксонов, в систематике отдельных групп и в филогенетических построениях. В таких работах обычно выделяются дискретные морфологические типы пыльцевых зерен, рассматривается их соотношение с существующими системами таксонов, предлагаются их изменения, а также филогенетические гипотезы (Erdtman, 1952, 1986; Куприянова, 1948, 1965, 1973, 1980; Архангельский, 1982, и др.). Имеется также точка зрения, согласно которой морфологические характеристики пыльцевых зерен цветковых растений строго упорядочены и образуют непрерывные трансформационные серии, при этом сходные формы встречаются у филогенетически неродственных таксонов (Pozhidaev, 1998, 2000a, b). Следствием такого подхода являются нестандартные умозаключения об общих принципах структуры морфологического многообразия живого (Пожидаев, 2009).
Работ по палиноморфологии Euphorbia сравнительно немного. В первой специальной публикации на эту тему (El-Ghazaly, 1989) было изучено 9 видов, из которых 4 принадлежат к подроду Esula в современном понимании. По признакам строения экзины было выделено 4 типа пыльцевых зерен. Несколько позднее было предпринято более обширное исследование представителей рода (El-Ghazaly, Chaudhary, 1993), затронувшее 58 видов (60 образцов), из которых 14 относятся к подроду Esula. Было выделено 7 типов пыльцевых зерен, которые сопоставлены c системой рода по F. Pax, K. Hoffman (1931), в своих основных чертах соответствующей системе Boissier (1862). Среди видов подрода Esula был выявлен E. villosa-тип и E. peplus-тип, причем первый из них оказался широко распространенным и в других таксономических группах рода.
Семнадцать видов, относящихся к подроду Esula рода Euphorbia, были исследованы в ходе изучения палиноморфологии представителей семейства Euphorbiaceae Пакистана (Perveen, Qaiser, 2005). Авторами этой работы был также выделен ряд типов; виды подрода Esula были отнесены к двум из них, причем некоторые виды — к обоим типам. Корейские авторы (Park, 1997; Lee, Park, 2006; Noh, Park, 2008) в последнее время довольно детально исследовали ряд видов, не относящихся к подроду Esula. В этих работах также выделялись типы пыльцевых зерен и даже делались попытки их кладистического анализа.
В целом имеющиеся литературные данные давали основание считать, что морфология пыльцевых зерен Euphorbia довольно однообразна и вряд ли может дать существенный материал для таксономических построений. Тем не менее, учитывая, что палинологических данных по роду (и тем более по подроду Esula) сравнительно немного, мною в 2005 г. и в 2013–2015 гг. совместно с А. Е. Пожидаевым и Н. А. Медведевой при техническом содействии Л. А. Карцевой было предпринято специальное изучение морфологии пыльцевых зерен (главным образом апертур и поверхности экзины) видов подрода Esula. Мы предполагали, что в пределах подро-да, учитывая его значительное разнообразие, могут быть встречены виды с заметными отличиями в строении пыльцевых зерен; возможно, могли существовать и отличия на секционном уровне.
Материал и методы. Нами изучены 97 образцов, принадлежащих к 90 видам из 20 секций подрода (табл. 4.5). Содержимое пыльников отбиралось с гербарных образцов и исследовалось с помощью светового, сканирующего электронного и лазерного конфокального микроскопа. Лазерный конфокальный микроскоп оказался весьма полезным для исследования эндоапер-тур.
Для исследования под световым микроскопом пыльца обрабатывалась стандартным аце-толизным методом. При изучении под электронным сканирующим микроскопом JSM-6390LA либо JSM-35 («Jeol», Япония) ацетолизированная пыльца закреплялась на препаратном столике двусторонне-липкой пленкой и напылялась золотом с палладием. При работе на лазерном сканирующем конфокальном микроскопе LSM780 («Carl Zeiss», Германия) использовались препараты, подготовленные для работы на световом микроскопе. В работе использовалось оборудование отделения трансмиссионной электронной микроскопии и отделения флуоресцентной микроскопии Центра коллективного пользования «Клеточные и молекулярные технологии изучения растений и грибов» БИН РАН.