Введение к работе
Актуальность темы. Травянистые многолетние растения, образующие подземные побеги (корневища, столоны), повсеместно распространены в природе и широко используются человеком в практической деятельности (восстановление сенокосов и пастбищ, рекультивация земель, получение пищевых продуктов, лекарственных препаратов и т.д.)- Корневищные и клубнеобразующие виды, отличаясь высокой биологической продуктивностью, накапливают значительную часть биомассы в подземных органах. Способность видов поддерживать большой меристематический фонд за счет подземных побегов способствует их конкурентоспособности и успеху при захвате территории в природных сообществах (Маркаров, Головко, 1995).
Тем не менее, до настоящего времени морфофизиология подземных побегов остается наименее изученным аспектом биологии травянистых многолетних растений (Маркаров, 1994). Изучение анатомии, морфологии и физиологии корневищ, столонов и клубней имеет важное теоретическое значение. Клубнеобразующие растения формируют два типа подземных побегов: сарменты и столоны. Сармент формируется базалыгой почкой второго порядка и образует вегетативную диаспору в текущем вегетационном году в виде особи. Функцией столона является формирование и расселение клубня (вегетативной диаспоры), обладающего фазой покоя. Клубень формирует особь после завершения периода покоя. Исследования структурно-функциональной организации подземных побегов клубнеобразующих растений позволяют раскрыть механизмы ростовых ориентации, гормональные и трофические механизмы роста и ветвления специализированных побегов, оценить влияние географических и климатических условий на вегетативную репродукцию, выявить устойчивость растений в ценозе. Представления о закономерностях и механизмах роста и развития подземных побегов необходимы для разработки методов повышения продуктивности и устойчивости растений.
Цель и задачи исследования. Целью работы было изучение закономерностей и механизмов регуляции роста подземных побегов клубнеобразующих растений (на примере видов родов Stachys, Helianthus, Solanum).
В задачи работы входило:
-
Сопоставить надземные и подземные побеги по морфофизиологическим параметрам и выявить коррелятивные взаимосвязи.
-
Рассмотреть структурно-функциональные особенности сголонов и клубней.
-
Выявить ростовые корреляции апикальной и боковых почек в пределах подземного побега и охарактеризовать вегетативный репродуктивный потенциал растений.
-
Оценить характер и направленность действия внешних факторов (загущения, различного фотопериода, обработки синтетическими регуляторами роста) на динамику формирования и функции подземных побегов.
Научная новизна. Посредством сравнительного морфофизиологического анализа выявлены закономерности и особенности роста и развития надземных и
подземных побегов у представителей клубнеобразующих травянистых многолетников из родов Helianthus, Solarium и Stachys.
Впервые изучено соотношение роста надземных и подземных побегов и выявлены корреляционные взаимосвязи между апикальной и боковыми почками в пределах подземного побега. Полученные данные доказывают, что между надземными и подземными побегами, а также между апикальной и боковыми почками в пределах подземного побега существуют ростовые корреляции, обусловленные гормональными и трофическими взаимодействиями между различными частями растения. Сделан вывод о том, что существование ростовых корреляций не исключает определенной автономности и специфичности роста каждого из органов.
Впервые изучены рост и вегетативная репродукция Stachys sieboldii Mig. при выращивании в условиях подзоны средней тайги европейского Северо-Востока. Установлена высокая способность растений к вегетативному размножению, что компенсирует- отсутствие семенного. На основе изучения формирования вегетативного репродуктивного потенциала показано, что S. sieboldii и виды рода Helianthus способны к интенсивному ветвлению подземных побегов.
Практическая значимость. На основании изучения структурно-функциональной организации подземного метамерного комплекса столонообразующих травянистых растений с клубнями побегового происхождения из родов Helianthus, Solarium и Stachys выявлены особенности и закономерности роста и развития подземных побегов. Установлена возможность прогнозировать состояние подземных побегов по морфофизиологическим показателям надземной части. Такие исследования необходимы для разработки методов регуляции подземного роста побегов и вегетативного размножения травянистых многолетников. Они могут быть применены в растениеводстве при разработке различных агромероп-риятий, а также при интродукции травянистых многолетников.
На основе изучения роста и вегетативной репродукции Stachys sieboldii Mig. показано, что для успешного культивирования в условиях северных широт необходима активизация запасающей функции растений с помощью синтетических регуляторов роста, проявляющих "антигиббереллиновую" активность.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и представлены на Коми республиканских молодежных научных конференциях (Сыктывкар, 1994, 1997); молодежных научных конференциях Института биологии Коми НЦ УрО РАН «Актуальные проблемы биологии» (Сыктывкар, 1995, 1996, 1998); Международном совещании по фитоэкдистероидам (Сыктывкар, 1996); Третьем Международном симпозиуме «Физико-химические основы физиологии растений и биотехнология» (Москва, 1997); Международных конференциях «Регуляторы роста и развития растений» (Москва, 1997, 1999); Третьем Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пущино, 1999); Девятом Международном симпозиуме "Эколого-популя-ционный анализ кормовых растений естественной флоры, интродукция и использование" (Сыктывкар, 1999); заседаниях Коми отделения общества физиологов растений (Сыктывкар 1997, 1998); Съезде общества физиологов растений (Москва, 1999).
Работа выполнена в лаборатории экологической физиологии растений Института биологии Коми научного центра УрО РАН в период прохождения курса аспирантуры (1996-1999 гг.) и является частью плановой темы: «Физиология многолетних травянистых растений на Севере» (№ Гр 01.9.60 003715).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 21 работе, в том числе 3-х статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков и 20 таблиц. Список литературы включает 195 наименований, в числе которых 66 - на иностранном языке.
