Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы систематики и история изучения дикорастущих видов Rosa L . 7
Глава 2. Объекты и методика научных исследований .21
2.1. Объекты исследования 21
2.2. Методика обследования дикорастущих зарослей в Приуралье 22
2.3. Методика электрофоретического исследования запасных белков семян 29
2.4. Методика определения содержания аскорбиновой кислоты в плодах шиповника 32
2.5. Методика отбора селекционно ценных форм шиповника 33
Глава 3. Сравнительный анализ видов Rosa L. методом белкового маркирования 35
3.1. Белки и возможности маркирования ими генетических систем растений 35
3.2. Электрофоретический анализ полипептидов семян видов Rosa L 39
Глава 4. Эколого-биологические особенности видов Rosa L. в приуралье 51
4.1. Общая морфобиологическая характеристика 51
4.2. Экологические особенности произрастания 63
4.3. Болезни и вредители, поражающие шиповники 72
Глава 5. Изменчивость природных популяций видов Rosa L. в приуралье и их биоресурсная оценка 81
5.1. Варьирование признаков и отбор перспективных для селекции форм 81
5.2. Сырьевая оценка видов шиповника 93
5.3. Особенности накопления аскорбиновой кислоты в плодах 97
Выводы
Практические рекомендации 112
Список использованной литературы 113
Приложения 126
- Проблемы систематики и история изучения дикорастущих видов Rosa L
- Методика электрофоретического исследования запасных белков семян
- Белки и возможности маркирования ими генетических систем растений
- Общая морфобиологическая характеристика
Введение к работе
Актуальность темы. Среди кустарниковых растений Приуралья роза, или шиповник, Rosa L. занимает особое место, благодаря содержанию в плодах целого комплекса биологически активных веществ, в частности, витаминами С, или аскорбиновой кислоты, и Р, по содержанию которых шиповник занимает первое место (Букин, 1941), а также высокому содержанию в плодах каротиноидов, витаминов К, В2, Е, Bj. Масло из плодов обладает лечебным свойством (Лебедев, Пайбердин, 1959). Кроме того, шиповник является ценным лесомелиоративным и декоративным кустарником (Пайбердин, 1963; Miller, 1996).
В степной зоне Приуралья произрастают 5 видов шиповников, из которых наиболее распространены Роза собачья R. canina L. и Rosa майская R. maialis Herrm. Роза гололистная R. glabrifolia С. A. Mey. ex Rupr., Роза иглистая R. acicularis Lindl., Роза калючейшая R. pimpinellifolia L. имеют малое распространение (Рябинина, Вельмовский, 1999). Несмотря на широкий ареал, виды Rosa L. (сем. Rosaceae Juss., подсем. Rosoidae) изучены крайне недостаточно. Около 65% естественного запаса плодов шиповника в Оренбургской области остается неиспользованным (Байков, 1963). Изучение шиповников в научном плане представляет большое теоретическое и практическое значение. Являясь компонентами различных по происхождению растительных формаций, шиповники перспективны для анализа происхождения и развития флоры исследуемого региона. Точное знание видового состава, его эколого-географическая и биологическая характеристики служат основой рационального использования растительных ресурсов (Трофимова, 1967; Колобов, 1989; Артамонов, 1990).
Применение традиционных морфологических, географических, экологических критериев для систематики рода Rosa L. оказалось недостаточным (Хржановский, 1985). В связи с широким распространением шиповника на территории Оренбургской области возникла необходимость в
идентификации, регистрации имеющегося генофонда, установление его подлинности и оригинальности.
Решение вышеуказанной проблемы возможно при наличии надежных тестов для оценки исходного материала.
Одним из таких тестов является метод белковых маркеров, основанный на биологической специфичности белков, оцениваемой различными способами (В. Конарев, 1983). К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал по использованию белков при разработке принципов и методов маркирования генетических систем растений (Garter, Brock, 1980). Установлены возможности определения по белкам-маркерам принадлежности растения к виду, биотипу, степени родства, выявления генетической .гетерогенности в морфологически однородных естественных популяциях. Для этих целей широко применяется метод электрофореза запасных белков семян (В. Конарев, 1987), который, однако на видах Rosa не применялся. Большинство ботаников, работавших с дикорастущими видами Rosa, отмечают их способность к взаимной гибридизации, что приводит в конечном итоге к нечеткости их границ (Хржановский, 1958; Шанцер, 2001; и др.) Гибридизация обусловлена в первую очередь тем, что многие виды Розы обитают на общей территории. Само выделение видов основано на спорных таксономических признаках, сильно варьирующих в пределах ареала одного вида. Такая ситуация в систематике весьма характерна, что делает актуальным использования других методов исследования, в частности, хемотаксономических (Авдеев, 2002).
Цель исследования. Изучение изменчивости ряда биологических признаков и формового разнообразия видов Rosa L. на территории Приуралья для уточнения их систематического положения и оценки биоресурсных возможностей.
Задачи исследования:
провести сравнительный анализ дикорастущих видов Rosa на основе метода белкового маркирования;
изучить эколого-биологические особенности видов Rosa в условиях Приуралья;
выявить характер популяционной изменчивости признаков видов Rosa и привести их биоресурсную оценку;
выделить ценные для селекции образцы видов R. majalis и R. canina с закреплением их в коллекции.
Научная новизна. Впервые изучены полипептидные спектры запасных белков семян ряда видов Rosa (секции Caninae, Cinnamomeae, Pimpinellifolia) и на этой основе уточнена их таксономическая принадлежность. В частности установлено, что произрастающая в Приуралье R. spinosissima ssp. pimpinellifolia (L.) Soo близка к R. aciculans Lindl. Уточнен ареал видов шиповника на территории Приуралья, составлен более подробный их русский диагноз. Изучено влияние на заросли дикорастущих шиповников абиотических, биотических и антропогенных факторов, из них наиболее подробно -поражение растений грибами и вредителями. Изучена динамика накопления в плодах шиповника аскорбиновой кислоты в зависимости от экологических условий произрастания и времени созревания плодов.
Практическая значимость. Данные по белковым маркерам, расширенные диагнозы видов Rosa могут быть использованы при составлении «Определителей», написании региональной «Флоры», аспирантами и студентами в учебном процессе. Уточненные данные по площади и запасам плодов в разрезе популяций, их С-витаминной ценности перспективны для планирования работ по заготовке сырья. Выделенные и закрепленные селекционные формы рекомендуются для размножения, возделывания в культуре и использования в селекции.
Положения, выносимые на защиту.
Перспективность метода белкового маркирования для уточнения таксономического положения видов Rosa.
Особенности формирования куста и зарослей шиповников в условиях Приуралья.
Формовое разнообразие популяций, запасы плодов и накопление аскорбиновой кислоты у видов шиповника в зависимости от экологических условий и фенофаз.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: конференции молодых ученых и аспирантов (С.-Петербург, ВИР, 2002 г.), Региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Оренбург, ОГАУ, 2002 г.), Международной научно-практической конференции «Повышение устойчивости биоресурсов на адаптивно-ландшафтной основе» (Оренбург, ОГАУ, 2003 г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей.
Проблемы систематики и история изучения дикорастущих видов Rosa L
Немногие роды цветковых растений привлекали к себе столь пристальное внимание систематиков, как род Rosa L. С одной стороны, это связано с использованием роз как декоративных растений, наверное, самых популярных в культуре начиная с античных времен (Рабинович, 1990; Koch, 1991), с другой -с чрезвычайной изменчивостью видов этого рода и наличием множества культурных форм и межвидовых гибридов (Синская 1964; Пименов, 2000; Шанцер, Клинкова, 2001). Однако взгляды ботаников на объем рода Rosa различаются порой настолько сильно, что многие работы противоречат друг другу. Поэтому, несмотря на огромное количество работ, посвященных шиповникам, и огромное количество описанных видов и внутривидовых таксонов, в систематике и до сих пор остается много неясного (Шанцер, 2001), так что слова Карла Линнея (Linnaues, 1753, Р. 491-492) «Species rosamm difficillime distinguuntur difficilius determinantur» и сейчас нисколько не потеряли своей актуальности.
Первые указания о видовом разнообразии роз даны в работах Феофаста, Геродота, Артемия. Плиний делает попытку обобщить разрозненные сведения по распространению R. centifdlia (Хржановский, 1958). В сводках Клузиуса, Турнефора появляются уже более достоверные и более систематические сведения о розах Старого Света. Но первый опыт классификации видов роза Rosa принадлежит К. Линнею, которая оказалась непригодной для чисто практических целей - определения видов, ввиду крайней их морфологической изменчивости (Хржановский, 19586; Сааков, 1965; Nilsson, 1972).
Спустя 60 лет после работы Линнея (в 1753 г.) почти одновременно появляются три системы рода (Дюпона, Дево и Декандоля), поэтому начало научной классификации советские ботаники относят к 1813 году. В. Г. Хржановский (1958а) подробно изучил эти системы и говорит, что, несмотря на то, что Дюпон оперирует видовым и внутривидовым составом, распределяя розы на 31 группу (groupe), систематические группы, к сожалению, не обоснованы. Система Дево, принятая во многих локальных флорах Европы, носит узко региональный характер и представляет собой сложный конгламерат многих резко обособленных естественных групп, которые невозможно объединить в рамках одной серии. И только Альфонс Декандоль был первым, кто в классификации рода Rosa обратил внимание на комплекс морфологических признаков цветка: характер столбиков, чашелистиков, комплекс вегетативных признаков листа и листочков, включая и форму зубчатости, что позволило очертить видовой состав секций. Несмотря на ряд недостатков ег.о системы, она явилась крупным шагом вперед, а установленный им ряд секций, как, например, Sunstylae, Cinnamomeae, Pimpinellifolia, существуют до настоящего времени. Из них в Приуралье растут представители секций Cinnamomeae и Pimpinellifolia.
Далее в истории исследования изучаемого рода появилась «нектарниковая» система Дюмортье (Хржановский, 19586). По мнению Т. Ф. Кочкаревой (1967), хоть эта система и не отражает естественного соотношения основных систематических подразделений Rosa, все же является более совершенной, тем более подроды были позднее уточнены B. Г. Хржановским. С нашей точки зрения, это наиболее соответствует изученному материалу по дикорастущим розам Приуралья. Большой успех в изучении шиповников достигнут на территории СССР после опубликования C. В. Юзепчуком (1941) в X томе «Флоры СССР» монографической обработки отечественных видов шиповника. Появилась целая серия разноплановых работ по видовому составу, географии, экологии, биохимии шиповников, затронувших такие регионы как Украина, Крым, Предкавказье, Поволжье. В отечественной научной литературе появились работы В. А. Валовой (1940), В. А Бунакова (1959), Т. Ф. Кочкаревой (1967), И. П. Манденовой (1980) и др., но почти все работы носят узкорегиональный характер. Большое значение имеет монография В. Г. Хржановского (1958а), посвященная дикорастущим розам европейской части СССР, где дан общий систематический обзор видов рода Rosa,, разработана классификация рода, приведены многочисленные сведения о географии, экологии и происхождении видов, что имеет большое значение для познания рода в целом. Мы считаем, что схема дифференциации рода, предложенная Хржановским, является наиболее приемлемой, особенно в части основных таксономических подразделений рода на три группы -подроды, каждый из которых характеризуется особым комплексом признаков и свойств.
Обстоятельно анализируя современное состояние таксономической изученности восточноевропейских шиповников, И. А. Шанцер (2001) пытался разрешить тупиковую, на его взгляд, ситуацию, сложившуюся в настоящее время. В качестве точки отчета он принял обработку рода Rosa, сделанную I. Klastersky (1968, 1975) во «Flora Europaea». Klastersky выделяет на территории Восточной части Европы 27 видов дикорастущих шиповников, которые встречаются и далеко за ее пределами. К секции Саш пае - крупной, и очень сложной в систематическом отношении - относится 21 вид, и на ее долю приходится 2/3 видов европейских видов шиповника. Klastersky утверждает, что из-за таксономических сложностей географическое распространение многих видов неуточнено и никаких подразделений внутри секции Caninae им не проведено. Данный автор разделяет большинство входящих в секцию видов на три группы - группу R. canina; группу R. tomentosa; группу R. rubiginosa. Однако состав этих групп и границы между их видами не вполне ясны. И как заметил И. А.. Шанцер (2001), в приводимом Klastersky списке литературы по розам Европы не цитируется ни одной русской публикации, даже «Флоры СССР» (Юзепчук, 1941), а приводится исключительно работы западноевропейских систематиков. Возможно, это случилось потому, что отечественные обработки видов шиповника значительно отличаются от западноевропейских, в том числе и от «Flora Europaea», по числу и составу перечисляемых видов.
Видовой состав, происхождение шиповника Приуралья практически не изучались, литературные данные отсутствуют, поэтому нам приходилось ориентироваться на данные изучения шиповников европейской части России. Как отмечалось, первая современная обработка восточноевропейских шиповников была сделана в 1941 г. СВ. Юзепчуком во «Флоре СССР». Поэтому поводу он писал: «При таком положении дела неудивительно, что главные сведения о шиповниках СССР приходится черпать из работ западноевропейских специалистов» (Юзепчук, 1941, с. 433). Кроме того, он подчеркивает, что менее всего на эту обработку можно смотреть как на монографию наших шиповников и требовать от нее исчерпывающей полноты (там же, с. 433). В этой работе как бы подведены итоги предшествующих исследований рода Rosa русскими и зарубежными систематиками. В общем С. В. Юзепчук различал в европейской части СССР 21 дикорастущий вид Rosa, при этом к восточноевропейским эндемикам, не встречающимся в Западной Европе, он относил 2 вида из секции Cinnamomeae: Роза горенковская R. gorinkensis Bess., Роза гололистная R glabrifolia С. А. Mey. ex Rupr. По исследованию Юзепчука, это первые данные о розе гололистной, которая описана именно из Приуралья (Флора СССР, т. X, с. 459).
Методика электрофоретического исследования запасных белков семян
В настоящей работе использован стандартный арбитражный метод электрофореза запасных белков принятый JSTA, с изменениями и дополнениями, применяемыми в отделе молекулярной биологии ВИР им. Н. И. Вавилова.
В белковом водно-солевом экстракте семян шиповника содержится альбумин и глобулин. Полипептидный состав семян шиповника детерминирован генетически и видоспецифичен. Его оценивали электрофорезом в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата Na (OS-Na) и меркаптоэтанола. Идентификация вида, а также определение степени внутривидового полиморфизма включает анализ отдельных семян взятых из случайной выборки. При этом для оценки вида достаточно 20-50 семян, но для дальнейшего анализа и оценки его чистоты с большей точностью рекомендуется анализ 100-150 семян (Гаврилюк, 1987; Егги, Потокина, 1990).
Подготовка материала к анализу: одно семечко шиповника положить на сгиб сложенного пополам листа пергаментной бумаги, тщательно разбить и размельчить молотком. С помощью скальпеля и кисточки взять навеску муки 4 мг. Разложить на титровальные плашки и залить 100 мкл электродного буфера и оставить в прохладном темном месте на 24 часа. Затем при помощи пипетки отмеряют по 10 мкл полученного раствора. Для диссоциации белковой молекулы до полипептидов к 10 мкл раствора с помощью микропипетки добавляют равный по объему буфер нанесения с меркаптоэтанолом. Приготовление исходных растворов для электрофореза производили по методике И. Н. Анисимовой (1988), только мы не готовили 30% р-р акриламида, а брали сухое вещество, как в методике Егги, Потокина 1990). Приготовление гелей: 12%-ный рабочий гель: акриламид - 5г, метиленбис - 134 мг, 1,5 М трис НС1 буфер рН 8,8-10 мл; 10% DSD - 0,4 мл, тиемед - 0,1 мл, 1% персульфат аммония 1,1 мл, вода до 40 мл. 5% концентрирующий гель: акриламид - 750 мг, метиленбис - 20 мг, 0,5 М трис НС1 буфер рН 6,8 - 3,75 мл, 10% DSD - 0,3 мл, Темед - 0,05 мл 1% оперсульфат аммония - 0,8 мл, вода до 20 мл.
Подготовка гелевых пластин: для электрофореза используют гелевые пластины размером 120x130 мм и толщиной 1мм. В качестве рабочего геля для электрофоретического разделения субъединиц и полипептидов 11S глобулина семян шиповника используют 12,5%-ный полиакриламидный гель. Полимеризацию проводят при комнатной температуре в течение 20-30 мин. Концентрирующий гель с 5% содержанием акриламида имеет высоту 20 мм и требует более длительного времени для полимеризации, чем рабочий 12,5% гель. После смешивания мономеров раствор концентрирующего геля заливают на поверхность рабочего и погружают в гель пластмассовую гребенку, зубы которой после полимеризации формируют углубления «карманы», служащие резервуарами для внесения белковых проб. Полимеризуют гель в течение 35-40 мин при комнатной температуре.
Электрофорез. Оборудование: Источник питания, дающий напряжение не меньше 500 В, микрошприц на 15-20 мкл, керамические и пластиковые кюветы для отмывки пластин.
Растворы и реактивы: 7%-ная уксусная кислота, набор стандартных маркерных белков. После сборки электрофоретического аппарата камеры и карманы заполняют электродным буфером, содержащий 0,1%-ный DS-Na. С помощью специального микрошприца на дно карманов под слой буфера вносят заранее приготовленные пробы объемом 5 мкл. В крайние карманы по 3 мкл вносят пробу сои, использующую для контроля.
Собранный аппарат после внесения проб подключают к источнику питания и проводят электрофорез. В течение первых 15 минут электрофорез ведут при силе тока 15 мА на одну гелевую пластинку, движение белков в геле концентрируется метчиком - бромфеноловым синим. После вступления белков в гель граница имеет вид широкой диффузной полосы, но по мере концентрирования белков имеет вид контуров. Примерно через 30-40 мин после начала электрофореза, когда окрашенная полоса в виде узкой линии достигнет границы между концентрирующим и разделяющим гелем, силу тока увеличивают до 30 мА на одну пластину. В этих условиях электрофорез ведут до тех пор, пока окрашенный фронт не достигнет нижнего края гелевой пластины.
Окрашивание. Для выявления компонентов в электрофоретических спектрах используют краситель. После удаления избытка DS-Na гели погружают в кюветы с красителем. Продолжительность окрашивания свежим красителем - 5 мин. По окончании окрашивания краситель удаляют и заливают 7% уксусной кислотой. Раствор кислоты меняют в течение 2-4 суток до полного удаления избытка красителя.
Перед высушиванием гелевые пластины погружают на 30 мин в консервирующую смесь. Полипептидный состав белков изучали посемянно стандартным арбитражным методом вертикального электрофореза в ПААГ, принятым в ВИР им. Н. И. Вавилова (В. Конарев, 1983, 2001). У всех изученных представителей подсемейства Rosoiolae, которые мы взяли для исследования, белки распределяются на электрофореграмме на три зоны спектра: нижнюю низкомолекулярную зону основных полипептидов с массой 18-23 кДа, среднюю зону кислых полипептидов с массой 48-60 кДа и верхнюю зону 7S-глобулинов. Поскольку фенотипическая изменчивость интенсивности компонента в спектре не так значительна, рассматриваемый количественный показатель может быть использован как видовой показатель признака, но оценкой не более чем по пятибалльной системе (В. Конарев, 2001). Для составления полипептидного спектра введены градации интенсивности: 2 балла - сильный и 1 балл - компонент слабой интенсивности. Мы также использовали предложенный в ВИРе буквенно-цифровой способ записи спектра, в которой фиксируют принадлежность компонента фракции, его позицию и интенсивность, по такой формуле очень легко установить родственные связи и выявить корреляции с хозяйственно ценными признаками.
Для определения содержания витамина С, или аскорбиновой кислоты, брали два вида шиповника: R. majalis и R. canina, т.к. именно эти два вида широко распространены в Приуралье и имеют промышленное значение.
Целью данного исследования было выявить высоковитаминные формы шиповника для внедрения в культуру; выявить влияние экологических условий на накопление витамина С; определить сроки сбора плодов с максимальным содержанием витамина С в плодах; определить, может ли низковитаминный вид R. canina использоваться в качестве источника аскорбиновой кислоты.
Материал исследования: шиповники майский и собачий, плоды собраны из разных популяций с различными экологическими условиями. Для определения витамина С на время сбора заложили три пробных куста в пойме р.Урал, а также пробные площадки под пологом леса и открытых площадках.
Белки и возможности маркирования ими генетических систем растений
Мировые генетические ресурсы растений рассматриваются во всем мире как основной источник улучшения сортов культурных растений. Создание источников и доноров селекционно-ценных признаков включает в себя работу с генофондом от сбора растительного разнообразия до тщательного и всестороннего их изучения (В. Конарев, 2001). Познание генетического разнообразия культурных растений и их дикорастущих сородичей (или раскрытие потенциала мирового генофонда) осуществляется в различных направлениях с использованием комплекса методических подходов. При этом оценка генетического разнообразия только на основе морфологических признаков может оказаться некорректной, поскольку разные морфотипы могут быть результатом одной и той же мутации и, наоборот, одинаковые морфотипы могут быть результатом действия разных генов (В. Конарев, 1974).
Маркерная технология вошла в биологию довольно давно (маркер-метчик в биохимии). Это фактор идентификации, при этом наиболее перспективной оказался метод анализа макромолекул белков и нуклеиновых кислот. Так называемое молекулярное маркирование основано на полиморфизме белков и нуклеиновых кислот. Основные направления использования молекулярных маркеров на этапах работы с генетическими ресурсами представляются следующим образом (В. Конарев, 2001): интродукция генетических ресурсов растений: поиск нового разнообразия для привлечения в коллекцию и контроля дуплетного материала; структура коллекции: выяснение с использованием молекулярных маркеров внутривидовых связей и межвидовых отношений, использование полиморфизма белков и ДНК для анализа внутривидовых связей, анализ родства видов и геномов с использованием белковых и ДНК маркеров (Shtiwell, 1989); технологии создания коллекции на основе использования молекулярных .маркеров: идентификация и регистрация генетических ресурсов, создание каталогов формул и баз данных по молекулярным маркерам; сохранение генетических ресурсов растений: контроль за генетической целостностью образцов при их репродукции и разных способах хранения; охрана авторских прав на источники, доноры, формы из генетических коллекций.
В качестве маркеров используют две группы белков - ферментные системы и полипептиды запасных белков семян. В нашей работе огромное значение имеет последнее, т.к. полипептиды инварианты, и экологически очень выгодным является то, что семя - это фиксированная фаза онтогенеза. Запасные белки семян остаются неизменными часто в течение многих лет. Серьезными являются и такие аргументы, как достаточно полная изученность генетики и биохимии запасных белков, простота работы с этими объектами, возможность стандартизации методов оценки: Все эти вопросы освещены во многих работах отечественных и зарубежных исследователей (В. Конарев, 1983; Garter, Brock, 1980; и др.).
Говоря о перспективах использования белков как генетических маркеров, можно отметить два тесно связанных между собой аспекта этой проблемы: белки как первый этап реализации биологического смысла наследственной информации; множество различных белков, которые обеспечивают возможность маркирования различных генетических систем и различных уровней генетической изменчивости (Autran, 1975). Использование в качестве маркеров разных групп белков позволяет не только маркировать большое число локусов. По функциональной принадлежности белка можно оценить его потенциальные возможности как маркера для решения проблем популяционной генетики, геномного родства, идентификации генетических ресурсов, маркирования признаков. Так, филогинетически молодые, эволюционно изменчивые, с высоким уровнем аллельного разнообразия запасные белки семян (проламины и глобулины) наиболее эффективны в качестве маркеров генетической изменчивости на внутривидовом уровне, а также как объекты для идентификации генетических ресурсов (A. Konarev, 1981).
Для того чтобы идентификация была надежной, отвечала всем требованиям практической работы с генофондом, должно быть изучено как можно большее разнообразие маркера - внутривидовое, межвидовое (Tanksley, 1983).
Маркеры могут применяться для контроля за характером изменчивости генетического разнообразия в процессе селекции, а также свидетельствовать об эрозии генетического разнообразия. Под генетической эрозией следует понимать утрату части аллельного разнообразия, что может происходить из-за разрушения экосистем в результате деятельности человека, а также сокращение сортимента культивируемых сортов. В популяциях древесных и дикорастущих сородичей культурных растений эрозия может быть вызваны фрагментацией существующих популяций или их исчезновением. Очень важно, что неоднородность условий среды обитания обусловливает неравномерность распределения генетического разнообразия внутри вида (В. Конарев, 1983).
В распределении спектров полиморфных белков имеет значение географическое распределение изменчивости признаков, устойчивость к болезням и стрессам (A. Konarew, 1981; В. Конарев, 2001).
Деятельность по сохранению биоразнообразия должна быть ориентирована на максимальное количество сохраняемого разнообразия. Большинство существующих методов анализа имеет слабую генетическую базу, поэтому необходим весь комплекс подходов, с тем, чтобы привести весь процесс формирования коллекций в соответствие современным уровнем (В. Конарев, 1975,1987; Thomson, Doll, 1979).
Идентификация видов, сортов биотипов и других биологических систем -важнейший элемент в работе и ботаника, и селекционера. Идентификация необходима в селекционном процессе для выявления и выделения желаемых геномов из сложных естественных, сортовых и гибридных популяций. Анализируя скрытую генетическую изменчивость, можно не только в ходе отбора контролировать состав популяции, влияние среды и т.д., но и, опираясь на основные положения популяционной генетики, вскрывать причины тех или иных явлений, ставить диагноз, указывать способы решения и предсказывать практически важные селекционные последствия для разных видов растений (В. Конарев, 2001).
В настоящее время электрофорез множественных и генетических полиморфных белков используют для решения следующих проблем (В. Конарев, 2001): изучения исходного материала - идентификация сортов, биотипов и линий, регистрация их в виде белковых формул, анализ сортовых и естественных (дикорастущих) популяций, создание вспомогательных генетических систем селекции, поиск источников ценных признаков; селекция - отбор ценных генотипов по белковому фенотипу, анализ гибридных популяций, контроль за включением желаемых генетических систем (хромосом и их локусов) в создаваемые сорта, гибриды, получение многолинейных сортов - популяций; сортоиспытание - определение происхождения и оригинальности сортов, оценка на генетическую однородность и константность, оценка состава популяций у перекрестников, регистрация и документация в виде белковых формул; семенной контроль - проверка типичности при отборе лучших растений, тест на наличие механического засорения, оценка семян на процент гибридности.
Общая морфобиологическая характеристика
В доагрикультурный период основной фон растительного покрова лесостепной зоны Приуралья составляли сообщества луговой степи, чередующиеся с участниками лиственных лесов, встречающимися на холмистых водоразделах и плакорах. Для растительности степной зоны характерно .отсутствие леса на ровных водоразделах. Здесь участками лесной растительности заняты поймы рек и их песчаные террасы, холмистые междуречья и склоны.
Характерной особенностью оренбургских степей является развитие кустарниковых зарослей. Они образованы спиреей, миндалем низким, степной вишней, шиповником и находятся под сильным влиянием хозяйственной деятельности человека и выпаса скота (Рябинина, Вельмовский, 1999).
На территории Приуралья встречается 5 видов шиповника (Рябинина, 1998). Это - шиповник иглистый - R. acicularis Lindl., шиповник собачий R. canina L.., шиповник гололистный R. glabrifolia С. A. May. ex Rupr., шиповник майский - R. majalis Herrm., шиповник колючейший Rosa spinosissima ssp. pimpinellifolia (L.) Soo. Как отмечалось выше (см. Гл. 3), последний таксон по белковым маркерам близок к R. acicularis.
Наибольшего распространения в Приуралье достигли шиповник майский и собачий (Раст. Тург.-Урал. перес. района, 1908).
На основании экспериментальных данных ниже дается следующий русский диагноз видов (см. также табл. 4).
Шиповник майский. Мезофит, фанерофит, европейско-сибирского распространения. Кустарник высотой от 0,5 до 2,5 м с тонкими прутьевидными, коричнево-красными ветвями. Старые ветви буровато-коричневые. Цветоносные ветви усажены редкими, загнутыми книзу сучковидноизогнутыми шипами, в основании они сплюснуты, сидят попарно в основании листовых черешков. Иногда на цветоносных ветвях шипы отсутствуют. Бесплодные ветви (особенно в нижней части) и турионы (годовалые стерильные побеги), с тонкими, прямыми или слегка изогнутыми шипами.
Листья сложные, непарноперистые, с 5-7 парами боковых листочков. Черешки короткоопушенные, без шипов или с короткими рассеянными шипиками, часто усаженными короткостебельчатыми желёзками, скрытыми под опушением. Прилистники бесплодных побегов узкие с трубчатосходящимися краями, у листьев цветоносных побегов - широкие, плоские, с расходящимися верхушками и с маложелезистыми по краям ушками. Листочки тонкие, сближенные, длиной 4-7 см, шириной 0,8-2,8 см, продолговато-эллиптические или яйцевидные, суженные к основанию, на верхушке округлые или короткозаостренные, с широкими нежелёзистыми зубцами, сверху темно-зеленые, снизу серо-зеленые без желёзок, с сильновыступающей сетью жилок.
Цветки крупные, 3-7 см в диаметре, с пятью розовыми лепестками и пятираздельной чашечкой; тычинок и пестиков много. Цветки одиночные, очень редко встречаются по 2-3 цветка, на коротких цветоножках, имеющих длину 5-17 мм, одетых в основании ланцетовидными прицветниками.
Гипантии («плоды») 1,0-1,5 см в диаметре, голые. Чашелистики голые, длиной до 3 см, узкие, при плодах направленные вверх, цельные, очень редко наружные из них с единичными, короткими нитевидными выростами на верхушке, оттянутыми в ланцетовидный придаток, по краям и на спинке опушенные с желёзками, почти скрытыми под опушением. Лепестки от бледно-красный до тёмно-красной окраски, широко-обратнояйцевидные, на верхушке немного выемчатые. Столбики скучены в крупно-шерстистую головку. Зев гипантия широкий, до 2 мм в диаметре, диск узкий. Внутри гипантия находится волосистые, твердые плодики-орешки, между которыми по внутренним стенкам цветоложа расположены многочисленные острые щетинистые волоски. Плоды шаровидные или сплюснуто шаровидные, очень редко яйцевидные, гладкие, оранжевые или красные, мясистые. Чашелистики направлены вверх, цельные, с нитевидными перышками.
Шиповник собачий. Кустарник-фанерофит, лесной мезофит, европейско-азиатский ареал. Высота этого кустарника от 1,5 до 3 м с дугообразными, изогнутыми, реже почти прямыми ветвями с зеленой или красно-бурой корой, обычно без сизого воскового налета. Шипы крепкие, серповидно-изргнутые, на главных стеблях редкие или рассеянные, иногда почти прямые, на цветоносных ветвях обильные, на главных побегах расположены попарно или мутовчато, у основания широкие, с боков сжатые.
Листья длиной 7-9 см, зеленые или сизоватые, голые по главному черешку иногда с редкими короткими волосками. Листочков обычно 7, но может быть 5-9, с обеих сторон они голые и гладкие, чаще эллиптические с коротко заостренной верхушкой, иногда остропильчатые, длиной 2-2,5 см шириной 1-1,5 см. Прилистники преимущественно узкие, по краю железисто-реснитчатые, с острыми ушками.
Цветки по 3-5 в щитках, иногда встречаются одиночные. Цветоножки длиной 0,5-2,5 см, большей частью по длине равны длине зрелого плода, голые или слегка опушенные.
Лепестки от бледно- до ярко-розовых. Диск 4-5 мм в диаметре, плоский или конусовидный, с зевом в 1-1,6 мм в диаметре. Чашелистики широколанцентные, крупные, длиной до 2,5 см, после цветения обращены вниз и прижаты к плоду, сверху обычно голые, снизу усеяны короткими волосками, опадающие. Столбики длинные, редковолосистые или голые, сложенные кисточкой. Головка рыльца шаровидная или коническая.
Созревший гипантий крупный, длиной 1,5-2,6 см, широкоовальный, реже почти шаровидный, гладкий, ярко- или светло-красный. Внутренние стенки цветоложа усеяны многочисленными щетинистыми волосками. Среди них располагаются многочисленные твердые, каменистые включения.
Шиповник колючейший. Невысокий 1,5-2 м кустарник с прямостоящими или под прямым углом отходящими ветвями, густо покрытыми тонкими, прямыми расширенными при основании, несколько назад отклоненными шипами и шипиками различных размеров.
Листья с 5-11 листочками, голые, редко с желёзками по краю, узкие, с прямыми или расходящимися ушками. Листочки мелкие, 0,5-1,8 см длиной, округлые или эллиптические, закругленные или тупоугольные на верхушке, голые, с каждой стороны с 5-15 простыми глубокими зубцами. Листочки сверху темно-зеленые, а снизу светло-зеленые, сизоватые.
Цветки одиночные, на длинных, 10-45 мм длины, цветоножках, гладких или усаженных стебельчатыми желёзками и игольчатыми шипиками. Гипантий шаровидный или немного приплюснутый. Лепестки крупные, выемчатые, белые или желтовато-белые.
Чашелистики простые, узко-ланцентные, от основания суженные ,7-17 мм длиной, они короче лепестков, гладкие или слегка опушенные, растопыренные или отклоненные книзу.
Плоды 0,6-1,4 см длины, шаровидные, темно-красные, позднее при поверхности почти черные, со сходящимися, цельными, узколанцентными долями остающейся чашечки.
Шиповник гололистный. Кустарник, фанерофит и мезофит, южносибирский ареал. Кустарники небольшой, 1,2-1,6 м, высоты, с прямостояще-оттопыренными ветвями и темно-красною или зеленоватою корой, вначале лета покрытою сизым налетом. Годовалые побеги под узлами с более крепкими, при основании расширенными, несколько согнутыми шипами, расположенными попарно, в остальном покрытые негустыми, тонкими шиловидными прямыми шипами или щетинками.
Листья 7-15 см длиной, с 5-7 эллиптическими и яйцевидно-продолговатыми листочками. Листочки 3-7 см длины 1,5-3,5 см шириной на коротких черешочках или почти сидячие, с ширококлиновидными основаниями, заостренные на верхушке, снизу сизовато-зеленые, сверху зеленые голые или слабоопушенные, с острыми зубцами. Прилистники неширокие с острыми, направленными кверху ушками, по краю мелко-железистозубчатые, голые или по краю коротко-ресничатые.
