Введение к работе
Актуальность темы. Глобальное загрязнение окружающей среды в связи с производственной деятельностью человека требует разработки научно обоснованных мер по снижению его последствий. Данные об интегральном эффекте воздействия загрязнителей на живые организмы могут быть получены в ходе мониторинговых исследований. Среди них особое место занимает цитогенетический мониторинг. В качестве тест-объектов для него удобно использовать древесные растения, особенно местные виды, хороню адаптированные к условиям существования.
Особую ценность представляют аутохтоиные леса. Эти высокопродуктивные насаждения служат эталоном необходимого уровня генетического разнообразия, обеспечивающего их устойчивость и продуктивность. Среди сохранившихся аутохтонных насаждений в Воронежской области следует отметить Усманский и Хреповской бор. Исключительно важное научное и практическое значение имеет проведение генетического мониторинга лесов - и в том числе питогепетического. по результатам которого можно судить и о состоянии самих лесов, и о состоянии окружающей среды, что особенно важно для принятия экологичеки грамотных решений но рациональному природопользованию и разработке природоохранных мер (Захаров и др. 2000}. Этому и посвящена данная работа.
Цель и задачи исследований. Цель представленной работы состояла в том. чтобы дать цитогенсіическую характеристику семенного потомства деревьев аутохтонных насаждений сосны обыкновенной Хреновского и Усманского боров и провести оценку состояния этих лесов по полученным цитогенетическим показателям, а также получить представления о качестве семян материнских деревьев на основании изучения состояния их генетического аппарата. Задачами наших исследований я клялось:
1) изучение семенного потомства деревьев из насаждений разного
происхождения и условий произрастания на территории Хреновского бора по
следующим цитогенетическим показателям: митотической активности, патологиям
митоза, частоте встречаемости микроядер, ядрышковой активности;
изучение цитогенетических характеристик семенного потомства деревьев Усманского бора (по сходной схеме):
изучение цитогенетических характеристик семенного потомства сосны на площадях, испытывающих антропогенное воздействие (по тем же показателям);
4)проведение сравнительного изучения изменчивости цитогенетических показателей у семенного потомства сосны из аутохтонных лесов Усманского и Хреновского бора:
5(оценка перспективности использования исследованных насаждений как источников получения качественных семян для лесовосстановительных работ;
6) дать оценку состояния аутохтонных насаждений Усманского и Хреновского бора по цитогенетическим показателям семенного потомства деревьев сосны обыкновенной.
Научная новизна работы. Впервые проведена оценка состояния аутохтонных лесов Хреновского бора по цитогенетическим показателям семенного потомства деревьев-. Выполнен сравнительный анализ цптогенстических показателей семенного потомства деревьев аутохтонных насаждений из Хреновского бора, которые произрастают на границе ареала вида, и из Усманского. где условия обитания для сосны являются благоприятными. Получены данные, позволившие выявить достоверные различия между этими насаждениями по цитогенетическим показателям.
Теоретическая значимость. Сформулировано понятие о том, что снижение темпа митотнческих делений у сосны из Хреновского бора и преобладание у нее при этом клеток на стадии профазы является сформировавшимся в процессе эволюции адаптивным механизмом, позволяющим организмам, произрастающим в жестких условиях, иметь дополнительное время для осуществления ренаративных процессов. [ юлучены новые данные по неслучайному расположению хромосом при митотическом делении у сосны, «обеспечивающему нормальное действие и взаимодействие генов.
Практическая значимость определяется представленными доказательствами тому, что питогенетические характеристики семян позволяют получить наиболее корректную оценку их качества.
Судя по цитогенетическим показателям проростков, семена, собранные в аутохтонных насаждениях, в культурах, заложенных качественными семенами местного происхождения, а также с деревьев, выросших в результате самосева семян высокопродуктивного насаждения, можно оценить как качественные и пригодные для использования в десовосстамовнтельных работах. Семена же. собранные в культурах, но характеризующиеся цитологической нестабильностью, то есть показателями митоза, выходящими за рамки их нормальной изменчивости, нежелательно использовать для целей лесовосстановления. Семена деревьев, которые произрастают в районах с повышенной антропогенной нагрузкой, также следует признать нежелательными для использования при лесовосстаиовнтельных работах в связи со значительными нарушениями их генетического аппарата. Показана перспективность использования данных иитогенетического мониторинга. Гак. судя по цитологическим показателям семян, характеризующим степень стабильности их генома, состояние Усманского и Хреновского бора можно считать удовлетворительным, однако наличие микроядер свидетельствует о начале патологических процессов, не отражающихся
пока на фенотипе деревьев, и, следовательно, о необходимости воспроизводства генетической структуры этих насаждений.
5 Положения, выносимые на зашиту
1. На примере сосны обыкновенной показано, что изучение изменчивости, в
частности по цитогенетическим показателям, играет большую роль как при
определении генетического полиморфизма видов, так и в процессе мониторинга
окружающей среды, позволяя своевременно отслеживать возникающие под
действием поллютантов изменения.
Более низкое среднее значение митотичеекого индекса у сосны из Хреновского бора при повышенной встречаемости у нее профазных клеток способно обеспечить больше времени для работы реперативиых систем и способствует поддержанию гомеостаза у организмов, обитающих в условиях, близких к жстремальным.
Повышенное число патологий митоза у сосны из Морозовской рощи и демонстрационного насаждения вблизи Хреновского лесхозтехникума (где воздействие поллютантов практически отсутствует) свидетельствует о том. что значительный возраст деревьев и повышенная рекреационная нагрузка оказывает сходное негативное влияние на генетический аппарат организмов, так же как и физические и химические загрязмителасреды.
Присутствие в интерфазных клетках микроядер, формирующихся как следствие нерепарироваиных повреждений хромосом у семенного потомства фенотииически великолепных деревьев сосны, является тревожным сигналом начавшихся в насаждении негативных процессов и необходимости принятия срочных мер по воспроизведению генетической структуры этих ценных природных насаждений.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на всероссийской конференции «Благополучная среда обитания - залог здоровья населения» (Воронеж, 2004), второй международной научной конференции «Биотехнология - охране окружающей среды» (Москва. 2004). на международном совещании «Кариология, кариосистематика и молекулярная систематика растений» (Санкт-Петербург. 2005). на межрегональной конференции «Генетика, селекция, семеноводство и разведение древесных пород в лесостепи» (Воронеж. 2005). на международном совещании «Современные проблемы интродукции и сохранения биоразнообразия» (2007 г.), а также на научных конференциях ВГУ (2003. 2004. 2005. 2006. 2007). в Белгороде (2007).
За статью, написанную по материалам диссертации, получен диплом лауреата конкурса Министерства природных ресурсов РФ «Рациональное природопользование и охрана окружающей среды - стратегия устойчивого развития России в XXI веке».
Публикации. Результаты диссертационной работы представлены в 9 публикациях, втом числе в журналах «Генетика» и «Известия РАН».
Объем и структура. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения и списка литературы, включающего в себя 298 наименований. Работа содержит 197 страниц. 14 таблиц и 37 рисунков.
