Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1.
Раздел 1.1. Раздел 1.2. Раздел 1.3. Раздел 1.4. Раздел 1.5.
Раздел 1.5.1.
Раздел 1.5.2. ГЛАВА 2. Раздел 2.1. Раздел 2.2.
Раздел 2.3.
Раздел 2.3.1.
Раздел 2.3.2.
Раздел 2.3.3. Раздел 2.4. ГЛАВА 3.
ГЛАВА 4.
Раздел 4.1. Раздел 4.2. ГЛАВА 5.
РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЯ И ЕГО ПРИРОДНЫЕ 9
УСЛОВИЯ
Геологические особенности 9
Рельеф и речные ресурсы 10
Климат 13
Почвенный покров 13
Растительный покров 15
История формирования 15
Современный растительный покров 15
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 20
Изучение флористического состава 20
Изучение морфологии представителей сем. 22
Lamiaceae \
Исследование генетического полиморфизма 23
Растительный материал 23
Выделение ДНК 26
Амплификация ДНК 26
Статистическая обработка данных 28
КОНСПЕКТ СЕМЕЙСТВА LAMIACEAE ВО 29
ФЛОРЕ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ
ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ И ОКРАСКИ 85
ВЕНЧИКОВ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА
LAMIACEAE ФЛОРЫ БЕЛГОРОДСКОЙ
ОБЛАСТИ
Описание венчиков 86
Анализ рисунков венчиков 199
РЕЗУЛЬТАТЫ ТАКСОНОМИЧЕСКОЙ РЕВИЗИИ 202
ВИДОВ КОМПЛЕКСА GALEOPSIS TETRAHIT В
Раздел 5.1. Раздел 5.2.
Раздел 5.3. Раздел 5.3.1. Раздел 5.3.2.
Раздел 5.4.
ГЛАВА 6.
Раздел 6.1. Раздел 6.2.
ВЫВОДЫ ЛИТЕРАТУРА Приложение 1. Приложение 2. Приложение 3.
СРЕДНЕЙ ЧАСТИ ЕВРОПЕЙСКОЙ РОССИИ
История таксономического изучения
Молекулярно-генетический анализ с
использованием ISSR и RAPD методов
Морфологический анализ
Анализ качественных и количественных признаков
Анализ изменчивости морфологических признаков
образцов, использованных в молекулярно-
генетическом анализе
Сравнительный анализ изменчивости
морфологических и молекулярных признаков
ИЗУЧЕНИЕ ПОЛИМОРФИЗМА РИСУНКА
ВЕНЧИКА STACHYS PALUSTRJS И ОЦЕНКА ЕГО
ЗНАЧИМОСТИ ISSR МЕТОДОМ
Морфологический анализ
Молекулярный анализ с использованием ISSR
маркеров
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из основных направлений в изучении биологического разнообразия является проблема исследования отдельных таксонов. Многие диагностические признаки видов требуют дополнительных уточнений, а системы родов и семейств - совершенствования на основе нахождения новых, не описанных ранее признаков.
Изучение видового разнообразия, уточнение границ отдельных таксономических групп в пределах региона, анализ изменчивости признаков на популяционно-генетическом уровне также лежит в основе проведения биологического мониторинга окружающей среды.
В настоящее время актуально использование комплексного биосистематического анализа, позволяющего решить спорные вопросы таксономии, а также морфолого-географической, экологической и генетической дифференциации видов (Stafley, 1969; Тахтаджян, 1970; Solbrig, 1970). ^
Признаки, которые, на наш взгляд, могли бы помочь уточнить систематику отдельных групп, а также провести анализ их изменчивости на популяционном уровне, относятся к деталям рисунка венчика, форме и размерам отдельных частей цветка. Как ни парадоксально, этот интереснейший признак на настоящий момент остался практически не изученным. Причина этого очевидна - гербарные коллекции, с которыми работают исследователи, не дают возможности этот признак изучить, поскольку при гербаризации цветки теряют форму, а часто также и окраску. Современные цифровые технологии, однако, позволяют собрать большой материал из многих природных популяций и, таким образом, значительно расширить объем информации, важной как для уточнения границ отдельных видов, так и для понимания генетики популяций.
Семейство губоцветные (Lamiaceae Lindl.) по числу видов занимает одно из ведущих положений как во флоре России в целом, так и во флоре Средней полосы европейской части России. Наиболее полная обработка
5 отечественных представителей семейства Lamiaceae принадлежит Б.К. Шишкину и СВ. Юзепчуку (1954, 1955). Она была выполнена для "Флоры СССР" и в известной мере не имеет достаточно полного описания основных структур венчика, и в том числе рисунка, присутствующего в большинстве случаев на нижней губе у большинства представителей. В последующих региональных "Флорах...." ряд видов приводится без детальных морфологических описаний венчиков, нет их и в отдельных монографических обработках родов, в частности, Leonunts (Крестовская, 1987, 1988, 1989, 1990), Nepeta, Dracocephalum (Буданцев, 1987, 1989, 1990), Salvia (Махмедов, 1984; Чернявский, 1985), Thymus (Клоков, 1973; Меницкий, 1973; Гогина, 1990), Phlomis (Камелии и др., 1990), Sideritis (Сластя, 2002), Ajuga (Алешин, 2003). Традиционно используемый набор признаков весьма невелик, так что потребность расширения признаков, особенно репродуктивной сферы, имеющей первостепенное значение для описательной морфологии видов, весьма актуальна.
Все это затрудняет как исследование биоразнообразия России, так и практическое использование видов Lamiaceae, среди которых есть лекарственные и пищевые (пряно-ароматические) растения, известные как источники эфирных масел и других биологически активных соединений.
Система семейства Lamiaceae разработана достаточно хорошо. Однако существует ряд спорных вопросов, касающихся статуса некоторых таксонов родов Galeopsis и Stachys.
Использование генетических маркеров часто оказывается решающим в таксономических исследованиях. Однако отсутствие таких данных по систематически спорным видам затрудняет решение данного вопроса. Только на основе сопоставления данных молекулярно-гепетического анализа и данных классической морфологии молено получить наиболее объективное представление о таксономической границе на видовом уровне, а так же решить некоторые внутрипопуляционные проблемы.
Цель и задачи исследования. Цель работы - биосистематическое изучение семейства Lamiaceae во флоре Белгородской области с более детальным исследованием некоторых проблемных видов. Задачи:
Уточнить видовой состав и географическое распространение представителей семейства Lamiaceae во флоре Белгородской области.
Описать морфологическую структуру венчика и его частей у представителей семейства Lamiaceae.
Изучить, описать и классифицировать рисунки венчика у изученных видов представителей семейства Lamiaceae флоры Белгородской области.
Уточнить границы критических видов рода Galeopsis с помощью морфологических и молекулярных маркеров.
Дать оценку уровня значимости признака рисунка венчика полиморфного вида Stachys palustris L. на основе молекулярно-генетического анализа.
Научная новизна работы. Выявлены новые места нахождения большинства видов семейства Lamiaceae на территории Белгородской области. Впервые с помощью современных цифровых технологий зафиксированы рисунки венчиков, даны их развернутые описания и классификация, составлены морфологические описания венчиков и их отдельных структур.
Впервые проведен анализ генетической изменчивости проблемных видов Galeopsis tetrahit и G. bifida с использованием ISSR и RAPD маркеров. Пересмотрены имеющиеся и выделены новые дополнительные диагностические морфологические признаки G. tetrahit и G. bifida. Впервые на основе сравнения результатов морфологического и молекулярного анализов уточнен видовой статус G. tetrahit и G. bifida и доказана возможность диагностики видов по морфологическим признакам, анализируемым в комплексе. Получены новые данные для науки по
7 разнообразию рисунка венчиков полиморфного вида Stachys palustris, установлен его устойчивый характер и гетерогенность внутри большинства изученных популяций. Впервые выявлено наличие вариантов рисунка, внутри которых он относительно стабилен и характерен для группы растений в популяции. С помощью молекулярного анализа ISSR методом впервые установлена значимость данного признака и использование его в качестве хорошего маркера при разделении клонов внутри популяций.
Практическая значимость работы. Результаты работы могут применяться в природоохранной деятельности для сохранения мест распространения редких и исчезающих видов семейства Lamiaceae, включенных в Красные Книги Белгородской области и России. Составленные нами карты ареалов позволяют уточнить биологические запасы и расширить представления о распространении изученных видов.
Работы по описательной морфологии венчиков вносят вклад в теоретические разделы ботаники. Выявленные отдельные признаки могут быть использованы для дополнения морфологических характеристик видов во флорах, а некоторые из них могут служить и для диагностики видов в критических группах (G. tetrahit и G. bifida).
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на VIII и IX молодежной конференции ботаников в Санкт-Петербурге (Санкт-Петербург, 2004, 2006), VIII международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы сохранения устойчивости живых систем" (Белгород, 2004), международной конференции "Изучение флоры Восточной Европы: достижения и перспективы" (Санкт-Петербург, 2005), международной конференции, посвященной 60-летию Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН "Ботанические сады как центры сохранения биоразнообразия и рационального использования растительных ресурсов" (Москва, 2005), международной научно-практической конференции "Теоретические и прикладные исследования в ботанике и методике преподавания биологии" (Белгород, 2005), юбилейной научной
8 конференции российской академии наук естествознания "Современные проблемы науки и образования" (Москва, 2005), международной молодежной научно-практической конференции, посвященной 130-летию Белгородского университета и 40-летию биолого-химического факультета (Белгород, 2006), международной конференции, посвященной 75-летию ПАБСИ и 100-летию со дня рождения Н.А. Аврорина "Устойчивость экосистем и проблемы сохранения биоразнообразия на Севере" (Кировск, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ и 3 статьи находятся в печати.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 300 страницах, иллюстрирована 9 таблицами и 86 рисунками. Список использованной литературы включает 120 источников, из них 34 на иностранных языках.
Благодарности. Я глубоко признательна М.С. Игнатову, который привлек мое внимание к изучению рисунков венчиков представителей семейства Lamiaceae и предоставил все возможности для проведения работы на молекулярно-генетическом уровне. Огромную помощь мне оказали сотрудники лаборатории Гербарий Главного ботанического сада, за что им особое спасибо. Глубокую благодарность за полезное обсуждение результатов работы хочется выразить И.А. Шанцеру, Н.М. Решетниковой.
Я искренне признательна и благодарна за цепные советы Байковой Е.В., Войлоковой В.Н., Ефимову П.Г., Игнатовой Е.А., Колчанову А.Ф., Нецветаеву В.П., Нотову А.А., Присному А.В., Соколову Д.Д., Троицкому А.В., Тюнниковой Н.В., Чаадаевой Н.Н. Выражаю признательность кураторам и сотрудникам гербариев БелГУ, МГУ, ОГУ, СПбГУ, ГБС, БИН, участка "Лес на Ворскле" заповедника "Белогорье". Я очень благодарна за поддержку и терпение своим родным и близким.
