Введение к работе
Актуальность темы. Взаимосвязи насекомых-опылителей и энтомофильных растений относятся к консортивным (Тихменев, 1974, 1976) и являются предметом интенсивных исследований, затрагивающих широкий круг вопросов. Различные аспекты взаимоотношений антофильных насекомых с растениями рассматриваются в многочисленных работах отечественных (Гринфельд, 1978; Тихменев, 1979; Вахрамеева, Длусский, 1994; Грицкевич, 1996; Длусский и др., 2004; Глазунова, Длусский, 2007; Иванов и др., 2009; Прибылова, Иванов, 2010) и зарубежных (Фегри, Пейл, 1982; Comba et al., 1999; Corber, 2000; Bkowski, Boro, 2005; Yurtsever et al., 2010) авторов. В настоящее время активно исследуется взаимосвязь антофильных насекомых и растений в процессе опыления, элективность и частота посещения цветков опылителями, репродуктивный потенциал и уровень фертильности половых элементов покрытосеменных растений, особенности функционирования их генеративной сферы, цветения и плодоношения. Антэкологические исследования проводятся в различных географических зонах и высотных поясах, в рамках зональных растительных формаций. Вместе с тем в условиях широтного градиента взаимосвязи насекомых, в частности булавоусых чешуекрылых, и цветковых растений изучены недостаточно, хотя от их взаимоотношений во многом зависит устойчивость, характер функционирования, продуктивность и энергообеспечение экосистем (Прибылова, Иванов, 2010). При продвижении в Арктику происходит нарастание климатического пессимума и падение общего уровня биологического разнообразия. В связи с этим исследования приспособительных форм и адаптивных стратегий антофильных насекомых и посещаемых ими цветковых растений в широтном градиенте актуальны и важны для понимания общих законов и механизмов, определяющих реакции экосистем и биотических комплексов на изменения условий среды (Чернов, 2008).
Цель работы – изучение взаимоотношений брюквенницы Pieris napi (Linnaeus, 1758) (Lepidoptera, Pieridae) с цветковыми растениями в условиях широтного градиента.
Задачи исследования:
1. Определить трофические связи брюквенницы с растениями в разных частях ареала.
2. Выявить влияние цветовых преференций имаго на пищевое поведение.
3. Исследовать зависимость суточной активности брюквенницы и динамики накопления сахаров в нектаре цветков опыляемых видов растений от абиотических факторов в условиях широтного градиента.
4. Изучить морфологическую изменчивость имаго брюквенницы, цветков и соцветий опыляемых видов растений в широтно-зональном аспекте.
5. Рассмотреть особенности жизненного цикла брюквенницы.
6. Изучить фертильность пыльцы у видов семейства Asteraceae Dumort. как показатель, определяющий результативность процесса опыления.
Научная новизна. Установлены трофические связи имаго брюквенницы с 36 видами растений из семейств Asteraceae, Brassicaceae, Lamiaceae, Geraniaceae, Fabaceae, Boraginaceae, Ranunculaceae, Onagraceae, Caryophyllaceae и Dipsacaceae в разных частях ареала. Впервые выявлены виды растений, являющиеся предпочитаемыми объектами питания брюквенницы в неморальной, бореальной и арктической зонах. Установлено, что в экспериментальных условиях имаго брюквенницы предпочитают искусственные цветки синей и красной окраски желтым, в полевых условиях – наиболее часто посещают пурпурно-фиолетовые цветки и соцветия. Получены новые данные об увеличении содержания сахаров в нектаре цветков и фертильности пыльцы у ряда опыляемых видов (Cirsium arvense, Centaurea jacea, Leucanthemum vulgare и Taraxacum officinale) при продвижении в высокие широты. В Арктике у изученных видов семейства Asteraceae происходит уменьшение размеров генеративных органов и увеличение их изменчивости. Показано уменьшение размеров частей тела брюквенницы арктической популяции; в каждом районе исследования самцы крупнее самок по всем показателям. Впервые описаны особенности жизненного цикла брюквенницы в неморальной зоне России.
Практическое значение. Сведения по сахаропродуктивности цветков изученных видов растений могут быть использованы при составлении каталогов и атласов медоносных растений рассматриваемых регионов. Экспериментальные данные по росту гусениц брюквенницы могут применяться для прогнозирования экологических последствий массовых размножений этого вредителя. Полученные результаты могут использоваться в учебном процессе на биологических и экологических факультетах Вузов, в курсах лекций по экологии, энтомологии, ботанике.
Апробация работы. Основные положения работы были представлены на 20 научных конференциях различного уровня, включая девять международных конференций: «Современное состояние, проблемы и перспективы региональных ботанических исследований» (Воронеж, 2008), «Биоразнообразие: проблемы и перспективы сохранения» (Пенза, 2008), «Актуальные вопросы энтомологии» (Ставрополь, 2008, 2009), «Современная экология – наука XXI века» (Рязань, 2008), «Проблемы биологии, экологии, географии, образования: история и современность» (Санкт-Петербург, 2008), «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии» (Барнаул, 2008), «Современные проблемы биоразнообразия» (Воронеж, 2008), «Сохранение биологического разнообразия наземных и морских экосистем в условиях высоких широт» (Мурманск, 2009); пять всероссийских конференций с международным участием: «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (Киров, 2007, 2008), «Проблемы изучения и охраны животного мира на Севере» (Сыктывкар, 2009), «Экология, эволюция и систематика животных» (Рязань, 2009), «Современные проблемы биомониторинга и биоиндикации» (Киров, 2010); три всероссийские конференции: «Принципы и способы сохранения биоразнообразия» (Пущино, 2008), «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2008), «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (Киров, 2009); три научно-практические конференции студентов и аспирантов (Мурманск, 2007, 2008, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликована 23 работы, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Организация, объем исследований и личный вклад автора. Работа выполнена на кафедре биологии и химии Мурманского государственного гуманитарного университета в 2006–2011 гг. Все исследования, обработка и анализ материалов проведены автором.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка литературы (394 источника, в том числе 181 на иностранных языках) и приложения. Работа изложена на 195 страницах, содержит 16 таблиц и 46 рисунков.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю – д-ру биол. наук, доценту Н. В. Василевской за разностороннюю помощь и постоянную поддержку, советы и конструктивные замечания при подготовке диссертационной работы. Искренне признательна всем сотрудникам кафедры биологии и химии МГГУ за доброжелательное отношение и участие, особенно канд. биол. наук Е. Н. Лупповой и Н. В. Икко за ценные консультации и обсуждение результатов данной работы, а также преждевременно ушедшему из жизни д-ру биол. наук, профессору С. Ф. Тимофееву за помощь на начальном этапе работы над диссертацией. Выражаю признательность канд. биол. наук Е. П. Прибыловой (РГУ им. С. А. Есенина), канд. с.-х наук, ст. науч. сотруднику ГНУ УГНИИСХ (г. Ижевск) С. Н. Непейводе.
Похожие диссертации на Экологический анализ взаимоотношений насекомых-опылителей с растениями в условиях широтного градиента : на примере брюквенницы Pieris Napi L.
