Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1 . Общая характеристика рода Hedysarum 9
1.2. Белки семян бобовых растений 30
Глава 2. Материалы и методы 48
2.1. Используемые материалы 48
2.2. Экстракция и электрофорез белков 54
Глава 3. Зависимость электрофоретических спектров полипептидов семян представителей видов Н. theinum, Н. neglectum и Н. austrosibiricum от способов экстракции 57
3.1. Экстрагирующие растворы 57
3.2. Действие редуцирующего агента 59
3.3. Способы экстракции белков 61
3.4. Влияние морфологических признаков семян па полипептидпый состав...64
Глава 4. Специфичность электрофоретических спектров полипептидов семян и уровень сходства у представителей комплекса близкородственных видов Н. theinum, Н. neglectum и Н. austrosibiricum 65
4.1. Электрофоретические спектры запасных глобулинов семян и их изменчивость у представителей Н. theinum 65
4.1.1. Характеристика электрофоретических спектров 65
4.1.2. Внутрипопуляционная и внутривидовая изменчивость по полипептидному составу электрофоретических спектров семян , 68
4.2. Электрофоретические спектры запасных глобулинов семян и их изменчивость у представителей Н. neglectum 75
4.2.1. Характеристика электрофоретических спектров 75
4.2.2. Внутрипопуляционная и внутривидовая изменчивость по полипептидному составу электрофоретических спектров семян II. neglectum 77
4.3. Электрофоретические спектры запасных глобулинов семян и их изменчивость у представителей Н, austrosibiricum 89
4.3.1. Характеристика электрофоретических спектров 79
4.3.2. Внутрипоііуляционная и внутривидовая изменчивость по полипептидному составу электрофоретических спектров семян Н. austrosibincum 82
Глава 5. Сравнение представителей разных видов Hedysarum L. по электрофоретическим спектрам полипептидов семян 84
5.1. Сравнение электрофоретических спектров запасных тлобулинов семян и определение уровня сходства у представителей комплекса близкородственных видов Н. theinum, Н. neglectum и II. austrosibincum...84
5.2. Сравнение Н. theinum, Н. neglectum и Н. austrosibincum с представителями других видов Hedysarum L. по электрофоретическим спектрам полипептидов семян 87
5.3. Анализ электрофоретических спектров запасных глобулинов семян у нетипичных представителей Н. theinum, Н. neglectum и Н. austrosibiricuni.89
Глава 6. Определение типа опыления в популяциях Н. theinum, Н. neglectum и Н. austrosibincum по электрофоретическим спектрам полипептидов семян 93
Глава 7. Взаимосвязь между изменчивостью по электрофоретическим спектрам полипептидов семян и эколого-географическими условиями произрастания популяцийН. theinum, Н. neglectum Н. austrosibincum ...99
Выводы 109
Литература 111
Приложение 125
- Общая характеристика рода Hedysarum
- Экстракция и электрофорез белков
- Внутрипопуляционная и внутривидовая изменчивость по полипептидному составу электрофоретических спектров семян
- Взаимосвязь между изменчивостью по электрофоретическим спектрам полипептидов семян и эколого-географическими условиями произрастания популяцийН. theinum, Н. neglectum Н. austrosibincum
Введение к работе
Актуальность проблемы
Hedysarum L. (Копеечник) является крупнейшим родом семейства Fabaceae (Бобовые) и насчитывает около 285 видов. Одной из причин, затрудняющих таксономическую классификацию внутри этого рода, является наличие спонтанной межвидовой гибридизации и как следствие — широкой морфологической изменчивости, особенно у видов с перекрестным типом опыления. Это в полной мере относится к таким близкородственным видам Hedysarum L., как Н. theinum Krasnob., Н. neglectum Ledeb. и Н. austrosibiricum В. Fedtsch.
Выявление видовой специфичности внутри этой группы видов
неразрывно связано с вопросами изучения внутрипопуляционной и
внутривидовой изменчивости, преимущественного типа опыления и
зависимости внутрипопуляционной изменчивости от эколого-
географических условий произрастания растений.
Н, theinum (копеечник чайный) был выделен в 1985 году по ряду морфологических и биохимических признаков из Н. neglectum (копеечник забытый) (Красноборов и др., 1985). Являясь редким и ценным лекарственным растением, этот вид в 1995 году был включен в Красную книгу Горного Алтая.
Одним из основных диагностических признаков, характерных для представителей вида Н. theinum, является бурый цвет корня снаружи и внутри, но этот признак проявляется только по достижению растением определенных стадий развития. Поэтому разделение на виды затруднено из-за отсутствия четких морфологических признаков (они зачастую перекрываются), а также по причине того, что в природных популяциях одновременно встречаются особи не только с бурым и белым корнями, но и с разными оттенками розового цвета.
Очевидно, что появляется необходимость в применении дополнительных методов для решения спорных вопросов, касающихся классификации близкородственных видов, образцов, отклоняющихся от типовых экземпляров и гибридных форм.
Для целей идентификации сортов бобовых растений В.Г. Конарев с сотрудниками использовали электрофоретические полипептидные спектры, состоящие из белков разной природы, в которых количественно преобладали запасные глобулины (Гаврилюк и др. 1973; Конарев и др. 1999). Преимущества запасных белков, как маркеров, заключаются в значительном внутривидовом полиморфизме и независимости от условий произрастания растений. Известно, что белки проявляют ту или иную степень специфичности и могут указывать на принадлежность данного организма к биотипу, сорту, виду, роду и т.д. (Созинов, 1985; Конарев и др., 1993).
Связь между типом опыления и характером белковой вариабельности была отмечена В.Г. Конаревым (1985), а позднее Э.Э. Егги и Е.К. Потокина (1998) подтвердили возможность использования электрофореза как тест-метода для прогнозирования характера опыления у некоторых сортов и видов бобовых.
В целом, анализируя литературные данные, следует отметить, что для рода Hedysarum L. вопросы, касающиеся возможности использования запасных белков для систематики, в изучении репродуктивной сферы и выявлении связи между полипептидным составом семян и эколого-географическими условиями произрастания растений, остаются не изученными. Поэтому комплекс, состоящий из трех близкородственных видов, явился удобной моделью для проведения этих исследований.
Цель и задачи исследований
Целью данной работы явилось электрофоретическое изучение внутри- и межпопуляционной изменчивости, типа опыления и специфичности полипептидных спектров семян у представителей близкородственных видов Hedysarum theinum, Н. neglectum и Н. austrosibiricum.
В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
Подобрать условия экстракции и электрофоретического разделения полипептидов семян у представителей рода Hedysarum L.
Изучить внутри л опуляционную и внутривидовую изменчивость по полипептидным спектрам семян у представителей близкородственных видов Н. theinum, Н. neglectum и Н. austrosibiricum на основе коэффициентов сходства.
3. Исследовать специфичность электрофоретических спектров
полипептидов семян представителей трех изучаемых видов и сравнить их с
другими видами рода Hedysarum.
Используя спектры полипептидов семян, определить тип опыления у каждой популяции и выявить преимущественный тип опыления для изучаемых видов.
Провести анализ изменчивости по электрофоретическим спектрам полипептидов семян в популяциях Н. theinum, Н. neglectum и Н. austrosibiricum в связи с эколого-географическими условиями их произрастания.
Защищаемые положения
1. Группы полипептидных компонентов семян, расположенные на электрофоретических спектрах Н. neglectum в области около 42 кДа и Н. austrosibiricum в области около 55 кДа, являются видоспецифичными для
этих близкородственных видов, а отсутствие обеих групп компонентов
характерно для Н. theinum.
2. Преобладающим типом опыления у растений Н. theinum и Н. neglectum
является перекрестный, а у Н. austrosibiricum - разнохарактерный
(смешанный).
Научная новизна
Впервые разработаны и предложены методические подходы для изучения генетической изменчивости в роде Hedysarum. Используя коэффициенты сходства, проведен внутрипопуляционный и внутривидовой анализ изменчивости запасных полипептидов семян у близкородственных видов Н. theinum, Н. neglectum и Н. austrosibiricum. Детально проанализирована специфичность электрофоретических спектров и выявлены видоспецифичные группы компонентов. Для представителей рода Hedysarum обнаружена зависимость между электрофоретическими спектрами полипептидов семян и типом опыления.
Установлены некоторые закономерности между величиной изменчивости электрофоретических спектров полипептидов семян и эколого-географическими условиями произрастания растений.
Теоретическая и практическая ценность работы
Предложенные нами методические подходы для изучения изменчивости по электрофоретическим спектрам полипептидов семян, можно использовать для других представителей семейства Fabaceae. Сравнительное исследование популяционной изменчивости и вычисление коэффициентов сходства у близкородственных видов позволило оценить степень сходства и различия между ними, что необходимо для более полного понимания филогенетических отношений. Точное выявление типов опыления по электрофоретическим спектрам полипептидов семян, как для
отдельного образца и популяции, так и для вида в целом, является полезной информацией о системах воспроизведения дикорастущих представителей сем. Fabaceae. Кроме того, использование тест-метода позволяет прогнозировать характер опыления отдельного образца, популяции и вида, динамику опыления под воздействием антропогенных факторов и влияние на опыление эколого-географических условий произрастания. Эти данные необходимы для сохранения генофонда этого семейства, как в природе, так и в коллекциях, а также являются полезной информацией для интродукторов и селекционеров.
Публикации и апробация работы
Автором опубликовано 9 работ из них 8 - по теме диссертации. Результаты исследований были представлены на 9th International Conference of Floriculture (Chech Republic, Lednice, 2001), на IT Международной конференции «Проблема вида и видообразование» (Томск, 2001), на Научно-практической конференции «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии», (Барнаул, 2002), на международной конференции «Сохранение этно-культурного и биологического разнообразия горных территорий через стратегии устойчивого развития» (Горно-Алтайск, 2002), на XI съезде Русского ботанического общества «Ботанические исследования в азиатской России», (Новосибирск-Барнаул, 2003).
Объем и структура работы
Работа состоит из введения, и семи глав, включающих обзор литературы (первая глава), материалы и методы (вторая глава), полученные результаты и их обсуждение (третья-седьмая главы), а также выводы и список литературы, состоящий из 143 источников, из них 45 на иностранных языках. Работа изложена на 124 страницах и содержит 22 рисунка, 16 таблиц и приложение.
Общая характеристика рода Hedysarum
Семейство бобовых (Fabaceae) объединяет около 700 родов и 18000 видов растений, широко распространенных во всем мире. Они входят в состав множества различных фитоценозов, где часто относятся к числу доминантов. Например, в травостоях лесной и лесостепной зон бобовые составляют 10-20% всей биомассы (Яковлев, 1991). Представители этого семейства играют важную роль в жизни растительных сообществ, так как благодаря симбиозу с азотфиксирующими бактериями обогащают почву азотом. Также велико их хозяйственное значение - бобовые культуры занимают второе место, уступая лишь злакам. На территории России наиболее разнообразный видовой состав бобовых представлен в горах и степях Южной Сибири. В Хакасии и в Бурятии эти виды играют значительную фитоценотическую роль (Положий, 1965). Всего для Сибири приводится 351 вид и подвид из 27 родов (Флора Сибири, 1994).
Семейство бобовых (Fabaceae Lindl.) включает три подсемейства. Самое многочисленное подсемейство мотыльковых (Faboideae = Papilionoideae DC.) делится некоторыми авторами на более мелкие объединения и группы, такие как филогенетические линии, союзы и комплексы (Яковлев, 1991). К этому подсемейству относится триба Hedysareae DC, состоящая из семи родов, одним из которых является род копеечник (Hedysarum L.).
Род Hedysarum является одним из крупных родов семейства. Он включает в себя 285 видов, распространенных преимущественно в голарктической флористической области: 8-10 видов в Центральной Азии; 50-60 видов во флоре Европы; 30 видов в Гималаях с внутренним Китаем и около 100 видов - во флоре Передней и Средней Азии. На территории бывшего СССР встречаются 109 видов, 20 из которых произрастает в Сибири (Байтенов, 1964; Султанова, 1971; Артамонов, 1989; Положий, Курбутский, 1994). Наибольшее видовое разнообразие копеечников сосредоточено в Южной Сибири и Центральной Азии. Виды этого рода обладают широкой экологической амплитудой и обитают от тундры до северных пределов пустынь умеренной зоны. Зачастую виды копеечников выступают в качестве доминантов и субдоминантов. Также стоит отметить разнообразие жизненных форм у представителей рода Hedysarum - это и травянистые, и кустарниковые, а также полукустарниковые растения (Яковлев, 1991).
В систематическом плане Hedysarum L. является достаточно запутанным родом, и обсуждение проблем классификации некоторых его представителей идет до сих пор. Большой вклад в изучение рода Hedysarum внес выдающийся исследователь прошлого века Б.А. Федченко. В основе своей современная систематика видов этого рода, а также понимание некоторых вопросов, связанных с его происхождением и развитием обязаны монографии (1902) и другим работам Б.А. Федченко. Род Hedysarum был подразделен на семь секций (Флора СССР, 1948): секция Fruticosa В. Fedtsch. секция Spinosissima В. Fedtsch. секция Obscura (Gamotion В. Fedtsch.) секция Membranacea В, Fedtsch. секция Multicaulia Boiss. секция Subacaulia Boiss. секция Crinifera Boiss. М.С. Байтенов (1964) предложил объединить существующие секции в более крупные систематические категории и выделил три подрода. Черты этих подродов, по мнению автора, являются коррелятивным комплексом признаков, выработавшимся в процессе исторического формирования этих групп, и помимо морфо-экологических особенностей учитываются также родственно-генетические связи. Таким образом, предполагается, что выделенные подроды являются также определенными этапами эволюции рода Hedysarum. 1) подрод Fraticosum (В. Fedtsch.) Bajt. - объединяет кустарники и полукустарники, центрально-азиатская группа видов; 2) подрод Obscurum (В. Fedtsch.) Bajt. - объединяет 2 секции, включая секцию Gamotion В. Fedtsch., пале арктическая группа видов; 3) подрод Euhedysarum Bajt. - объединяет 4 секции, голарктическая группа видов. В дальнейшем М.С. Байтенов предложил упразднить секцию Subacaulia на основании того, что составляющая ее группа бесстебельных копеечников построена на морфо-экологическом принципе и не рассматривает их филогенетические связи. При этом ряд родственно-генетических видов передне-среднеазиатского центра формирования с особым типом строения чашечки было предложено выделить в особую секцию Longicalycina, а остальные виды рассматривать в рамках секции Multicaulia. Интересующие нас сибирские виды - Н. austrosibiricum В. Fedtsch. (копеечник южносибирский), Н. theinura Krasnob. (копеечник чайный) и Н. neglectum Ledeb. (копеечник забытый) относятся к секции Gamotion В. Fedtsch. Ранее эти виды рассматривались П.Н. Крыловым (Флора Западной Сибири, 1927) как один вид Hedysarum obscurum L. В 1948 году Б.А. Федченко (Флора СССР) рассматривал Н. austrosibiricum как самостоятельный вид, а Б.А. Юрцев относит его к Н. hedysaroides (L.) Schinz et Thell в качестве подвида subsp. austrosibiricum (В. Fedtsch.) Jurtzev (Арктическая Флора СССР, 1986). Однако, А.В. Положий и В.И. Курбатский (Флора Сибири, 1994) считают, что ряд морфологических признаков и обособленность в распространении (высокогорья Южной Сибири) позволяют считать этот подвид самостоятельным видом - Н. austrosibiricum В. Fedtsch. Также по ряду морфологических и биохимических признаков из Н. neglectum Ledeb. И.М. Красноборовым и соавторами в 1985 году как самостоятельный вид был выделен Н. theinum. В более ранних работах Н. theinum Krasnob. смешивался с Н. austrosibiricum или Н. neglectum из-за недостаточности материала и отсутствия полных гербарных сборов (всех органов в разных генеративных фазах).
Экстракция и электрофорез белков
В большинстве случаев белковые молекулы представляют собой сложные агрегаты, состоящие из нескольких полипептидов, и поэтому их соединения часто имеют высокую молекулярную массу. Кроме этого, как известно, в семенах преобладают запасные белки, субъединичный состав и структура которых часто не отличаются разнообразием. Поэтому количественно запасные белки значительно превосходят все другие белковые фракции, но их качественный состав может сводиться всего к нескольким разновидностям. В таких случаях для получения более равномерного и гетерогенного электрофоретического спектра (и как следствие, для более детального анализа изучаемых образцов) применяют различные редуцирующие агенты. В своей работе в качестве такого агента мы использовали 2-меркаптоэтанол, который ослабляет и разрывает ковалентные дисульфидные связи в белковой молекуле и высвобождает отдельные полипептиды.
Сравнить два типа распределения белковых фракций на спектре возможно на примере представителей Н. austrosibiricum. Белковый экстракт отдельных семян делили пополам, в одну часть добавляли 2-меркаптоэтанол и подвергали электрофорезу (рис.2). Часть (I) представляет электрофореграмму нативных белков, а часть (ГІ) - белков, предварительно обработанных 2-меркаптоэтанолом. В первом случае белковые фракции распределяются неравномерно, выделяется группа тесно расположенных насыщенных компонентов в зоне от 46 до 84 к Да. Судя по высокой интенсивности, эта группа представляет собой превалирующие в семени запасные глобулины, по которым в дальнейшем возможно сравнение различных образцов (другие фракции выражены недостаточно), однако, данная группа содержит всего 5-7 слабо различающихся по подвижности компонентов. Такой тип распределения затруднит последующий анализ и сравнение электрофоретических спектров, вследствие низкого полиморфизма, а также малочисленности и неравномерной интенсивности компонентов.
В случае применения 2-меркаптоэтанола (II, рис.2) белковый спектр выглядит более равномерным, появились дополнительные компоненты, которые соответствуют полипептидам, ранее входящим в состав молекулы. Не изменилась электрофоретическая подвижность белков в зоне 80-150 к Да, что свидетельствует об отсутствии у них внутренних S-S связей между остатками цистеина. Благодаря гетерогенности и более полиморфному характеру спектра, становится возможным различение отдельных генотипов в пределах одной популяции, поэтому использование редуцирующего агента, на наш взгляд, не только улучшает качество электрофореграмм, но и существенно расширяет круг вопросов, для решения которых возможно применение данного метода.
Необходимой частью исследования внутрипопуляционной изменчивости, а также структуры и состава популяций является посеменнои или индивидуальный анализ, который предполагает изучение белкового состава каждого семени отдельно. Для характеристики популяции в целом в ряде случаев (Клименко, 1978; Конарев, 1983; Созинов, 1985) применяется средняя проба, представляющая собой препарат, приготовленный из нескольких семян. Для того чтобы определить отражает ли средняя проба особенности белковых спектров каждого из составляющих ее отдельных семян применительно к роду Hedysarum L., мы провели, используя часть семядоли, индивидуальный анализ нескольких семян, а затем из оставшихся частей семядолей тремя способами приготовили среднюю пробу (рис.3).
Сравнивая полученные результаты можно отметить, что способ I (экстракт, приготовленный из смеси размоченных и очищенных от кожуры семядолей) и способ II (смесь экстрактов, приготовленных из размоченных семян по отдельности) позволяют получить суммарный и усредненный электрофоретический спектр изучаемой выборки. В нашем примере выборка состоит из восьми семян растений природной популяции Н. neglectum (1-8 на рис.3). Экстракция белков средней пробы, проведенная из семян размолотых до мелкой однородной муки (способ III), является слабой и не совсем точно характеризует белковые спектры отдельных представителей выборки. Например, в зоне 36,5 кДа на электрофоретическом спектре всех восьми семян присутствует интенсивная белковая фракция, а на спектре средней пробы она слабо заметна. Также наблюдается появление дополнительных компонентов в области 35 к Да (см. по стрелке), которые не были ярко выражены ни в одном из спектров семян, составляющих выборку. Этот факт, возможно, объясняется тем, что при набухании семядолей происходят изменения в качественном и количественном составе белковых фракций по сравнению с белками экстрактов из муки. С одной стороны, уже с первых часов набухания семени начинается превращение запасных белков в растворенные формы под действием гидролитических ферментов (Bain, Mercer, 1966; Guardiola, Sutcliffe, 1971), что на электрофоретическом спектре может отразиться в виде исчезновения или ослабления отдельных фракций, а с другой стороны, помимо активации ферментов начинается еще и синтез этих ферментативных белков de novo (Young, Varner, 1959), что может привнести некоторые новые компоненты на электрофоретическом спектре.
Принимая во внимание все изложенные факты можно заключить, что для правильного сопоставления результатов разных опытов приготовление экстрактов для индивидуального анализа и для средней пробы должно производится одним способом - либо из размоченных семян, либо из муки, однако, как говорилось ранее, экстракция белков из муки проходят слабо. По нашему мнению наиболее оптимальным способом приготовления средней пробы в данной работе является способ I, при котором семена предварительно размачиваются.
Внутрипопуляционная и внутривидовая изменчивость по полипептидному составу электрофоретических спектров семян
Описание электрофоретических свойств и некоторые выводы были сделаны на основании сходства большинства изученных образцов каждого вида. За основу принималась идентификация и предварительное отнесение образца к виду по морфологическим ключам. Далее мы попытались установить характерные особенности представителей каждого вида по полипептидному составу белков семян. Сначала были изучены и описаны полипептидные спектры типичных представителей каждого вида. Затем -нетипичных представителей, так как встречались природные образцы, которые по морфологическим признакам было трудно однозначно отнести к тому или иному виду (переходные формы), кроме этого, обнаружились морфологически гетерогенные популяции, в составе которых различались представители разных видов.
При электрофоретической идентификации некоторых образцов мы столкнулись с трудностями, которые, на наш взгляд, можно описать следующим образом. В ряде случаев на спектрах присутствовали неярко выраженные компоненты в зоне, наличие которых по нашим оценкам характерно для какого-либо другого вида (а, табл.10). Например, у представителей популяции 17, предварительно отнесенной по морфологическим признакам к Н. neglectum, в зоне III отчетливо видна группа компонентов, характерная для представителей этого вида, но также присутствуют (менее интенсивные, но регулярно встречающиеся) компоненты в зоне II, наличие которых является отличительным признаком представителей вида Н. austrosibiricum (рис.17).
Другой особенностью, затрудняющей электрофоретическую идентификацию представителей, явилось наличие в собранных с одной популяции семенах, образцов с типичными для разных видов полипептидными спектрами (Ь, табл.10). Например, в популяции 8 (Н. neglectum) встречались отдельные образцы с группами ярко выраженных компонентов как в зоне IV (характерно для Н. theinum), так и в зонах IV и III (характерно для Н. neglectum), а также в зонах TV, Ш и II (характерно для Н. austrosibiricum) (рис. 18).
Кроме этого, встречались популяции, отнесение которых к тому или иному виду по морфологическим и электрофоретическим признакам не совпадало однозначно (с, табл. 10). Например, представители популяции 3, определенные по внешним признакам как Н. theinum, по электрофоретическим свойствам белков семян выглядят как типичные представители Н. austrosibiricum (рис. 19).
В связи с этими особенностями возникает вопрос: достаточно ли подобных различий по электрофоретическим спектрам глобулинов для того, чтобы считать эти виды отдельными? Важным критерием вида является наличие генетических изолирующих механизмов, которые создают физиологические барьеры между представителями разных видов. Именно появление изолирующих механизмов, предотвращающих скрещивание данной обособившейся расы с другими популяциями исходного вида, означает переход в необратимую фазу процесса дивергенции расы в новый вид.
Происхождение рас у видов, размножающихся половым путем, как правило, имеет аллопатрический характер, т.е. они разделены физическими (географическими) барьерами и возникают на разных участках ареала. При становлении вида эти внешние факторы заменяются внутренними факторами ведущими к физиологической изоляции, когда и возникают прочные механизмы защиты интегрированной системы генов нового вида от ее разрушения через скрещивание. После появления механизмов такой изоляции расы уже не смогут свободно скрещиваться, даже встретившись на одной территории, т.е. станут симпатрическими видами. Произрастание популяций разных видов данного комплекса, а именно Н. theinum и Н, austrosibiricum, рядом на одной территории не редкое явление в природных условиях.
В некоторых случаях постоянное давление гибридизации может привести к появлению адаптивных форм в ранге вида через включение ряда генов одного вида в геном другого. Этот процесс на базе повторного обратного скрещивания гибридов с одним из родительских видов с последующим отбором приводит к закреплению некоторых привнесенных генов. Это явление называется интрогрессивной гибридизацией и в этом случае появление новых форм осуществляется через преодоление изолирующих механизмов (Дубинин, 1970). Все эти предположения, безусловно, нуждаются в подтверждении либо в опровержении, основанных на проведении углубленных исследований.
Взаимосвязь между изменчивостью по электрофоретическим спектрам полипептидов семян и эколого-географическими условиями произрастания популяцийН. theinum, Н. neglectum Н. austrosibincum
Всем ходом своего исторического развития каждый растительный организм приспособлен к окружающей его среде. Эта приспособленность обуславливает его выживаемость, являющуюся вместе с изменчивостью и наследственностью основным фактором естественного отбора (Благовещенский, 1996).
На сегодняшний день данные, касающиеся исследований взаимосвязи между изменчивостью по полипептидам семян и экологическими условиями произрастания бобовых и других растений, в научной литературе встречаются крайне редко. Тем не менее, в работах Л.В. Поляковой (1990, 1991, 1992) и Г.И. Высочиной (1999а, 19996) была показана роль флавоноидов - веществ вторичного обмена, в формировании экологически устойчивых природных популяций, адаптированных к местообитанию.
Мы попытались проследить существование зависимости между диапазоном изменчивости по полипептидам семян, типом опыления и разными эколого-фитоценотическими условиями произрастания популяций. Основываясь на методике систематизации ценозов по поясам растительности, мы учитывали такие факторы, как высота над уровнем моря, экспозиция, крутизна склона и почвы.
В настоящее время в отечественной литературе наиболее распространено определение пояса, данное К.В. Станюковичем (I960, 1973), как более или менее широкой полосы растительности в горах, состоящей из одного типа растительности или закономерно чередующихся нескольких. Пояс подразделяется на вьгсотно-климатические полосы или, по Г.Н. Огуреевой (1983), на подпояса. В данном исследовании пояс, подпояс и тип растительности приводятся по А.В. Куминовой (1960), В.П. Седельникову (1988), Ю.П. Сурову и др. (1981).
Вид Н. theinum наиболее часто встречается на субальпийских и альпийских лугах, каменистых склонах, вдоль ручьев, на лесных полянах в кедрово-лиственыичных редколесьях (Агафонова, Володарская, 2000). 13 популяций Н. theinum, произрастающие в различных эколого-фитоценотических условиях в Центральном и Западном Алтае были сгруппированы по растительным поясам следующим образом: 3,5,8,11,14, 15 и 17 популяции были отнесены к лесному поясу растительности (табл.14). В основном, это районы с гумидным климатом и высотой хребтов до 2000 м над уровнем моря. Вообще, для районов Центрального Алтая характерна асимметрия в высотном положении верхней границы леса на склонах: северной экспозиции - на высоте 1800 м; южной экспозиции - на высоте 2000-2100 м над ур. моря (Седельников, 1988). Местообитания лесного пояса характеризовались достаточно благоприятными экотипическими условиями для растений данного вида (Агафонова, Володарская, 2000). Популяции 2, 6, 7, 9, 12 и 16 были отнесены к высокогорному поясу (тундровый, альпийский и субальпийский подпояса), с более суровыми условиями климата и бедными щебнистыми почвами.
Вышеназванные популяции расположили в зависимости от принадлежности к тому или иному поясу растительности, начиная с более суровых условий высокогорного (тундрового) пояса, и на каждую популяцию наложили значение коэффициента вариабельности (Квар) и тип опыления, характерный для каждой из них (рис.20). Из рисунка видно, что самой большой изменчивостью по запасным полипептидам семян характеризуются популяции 2 и 8, относящиеся к высокогорному альпийскому и лесному поясам соответственно. Для других популяций также не было выявлено явных закономерностей и связи между величиной Квар и условиями произрастания. Но стоит отметить, что популяция с самой малой изменчивостью (3) подверглась пастбищной дигрессии, для нее характерно самоопыление. Также возможно, что популяции с малой изменчивостью находились в некоторой изоляции, что и способствовало выживанию только определенных генотипов, поддерживаемых самоопылением.
Не случайно видообразование у растений приурочено к областям с горообразовательными процессами и к пустыням, где растения постоянно находятся в крайних для их существования условиях. В таких областях в зависимости от измененных условий меняется обмен веществ, а вместе с ним и природа растений, создаются условия для вымирания одних и выживания других, более приспособленных (Благовещенский, 1966).
Н. neglectum - экологически более пластичный вид. Произрастает чаще на склонах северной экспозиции, где встречается среди лесов, обычно кедровых или кедрово-лиственничных, на лесных, субальпийских и изредка на альпийских лугах близ ручьев, а также среди скоплений крупных камней - "курумников". Высотная амплитуда распространения Н. neglectum на Алтае 1400-2500 м над ур. моря, но чаще он встречается в пределах 1500-1900 м (Нухимовский, 1997). В районах Юго-Восточного Алтая высокогорная растительность граничит с горными степями и частично с лесостепными комплексами (по северным склонам). Нижняя часть высокогорной растительности находится на высоте 2200-2300 м над ур. моря (Седельников, 1988) (табл. 15).
