Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Природно-историчесьсая характеристика хренов-скогобора 9
1.1. Лесорастительная зона и климат .9
1.2. Рельеф и почвы 12
1.3. Гидрография и гидрология... 17
1.4. Краткая характеристика лесного фонда 18
1.5. Краткая история возникновения Хреновского бора 20
ГЛАВА 2. Состояние вопроса по литературным источникам 24
2.1. Краткая характеристика сосны, произрастающей на территории нашей страны 24
2.2. Значение секреторных терпеноидов в метаболизме сосны 27
2.3. Методы извлечения живицы и эфирного масла из растительного сырья 33
2.4. Качественный и количественный состав монотерпенов эфирного и терпентинного масла 34
2.5. Лесоводственно-биологическое и хозяйственное значение живицы и эфирных масел 48
ГЛАВА 3. Программа работ, объекты и методика исследований 56
3.1. Цели и задачи исследований 56
3.2. Объекты исследования 57
3.3. Методика полевых работ 57
3.4. Методика извлечения эфирного масла хвои 58
3.5. Методика получения и анализа проб живицы 60
3.6. Хроматографический анализ и идентификация компонентов эфирного и терпентинного масел 61
3.7. Методика изучения митоза в полусибсовом потомстве деревьев контрастных типов биосинтеза монотерпенов хвойного эфирного масла 66
3.8. Методика изучения лесных культур созданных полусибсовым потомством от деревьев, сохранившихся в очагах корневой губки 68
3.9. Методика обработки массовых замеров и перечетов 68
ГЛАВА 4. Изучение популяции хреновского бора по составу эфирных масел 71
4.1. Характеристика таксационных показателей и состава монотерпенов эфирного масла хвои в различных типах леса Хреновского бора 73
4.1.1. Сосняк лишайниковый 74
4.1.2. Сосняк травяной 80
4.1.3. Сосняк травяной с дубом 85
4.1.3.1. Пробная площадь №3 в урочище «Морозовская роща» 87
4.1.3.2. Пробная площадь №5 урочище «Заказник» 511кв 103
4.1.4. Сосняк молиниевый 107
4.1.5. Сосняк дубовый 112
4.2. Структура коренных типов леса Хреновского бора по биосинтезу монотерпенов эфирного масла хвои 117
4.3. Определение корреляционных связей между составом монотерпенов и показателями плюсовых деревьев сосны обыкновенной Хреновского бора... 130
ГЛАВА 5. Сравнительный цитологический анализ митоза у модельных деревьев сосны обыкновенной контрастных по типу биосинтеза монотерпенов 139
ГЛАВА 6. Состав эфирного масла как признак для селекции сосны обыкновенной на устойчивость к корневой губке 148
6.1. Естественно-исторические причины возникновения корневой губки в Хреновском бору 148
6.2. Изучение роста и состояния 13-ти летних культур разных хемотипов на территории Конь-Колодезьского лесничества Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА 155
Заключение 161
Выводы 161
Предложения 163
Экономическое обоснование предложений 164
Список использованных литературных источников 167
Приложения 187
- Качественный и количественный состав монотерпенов эфирного и терпентинного масла
- Хроматографический анализ и идентификация компонентов эфирного и терпентинного масел
- Структура коренных типов леса Хреновского бора по биосинтезу монотерпенов эфирного масла хвои
- Естественно-исторические причины возникновения корневой губки в Хреновском бору
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время под влиянием антропогенного воздействия происходит истощение генетических ресурсов лесов России, составляющих 22% лесов мира. Снижаются их устойчивость и продуктивность. В большой мере это касается представителей уникальных островных массивов, к которым относится Хреновской бор. Здесь сосна обыкновенная находится на южном пределе ареала и поэтому особенно важно обеспечить рациональное лесопользование, сохранение и воспроизводство генетического разнообразия вида. Исследование генетической структуры микропопуляций сосны обыкновенной, закономерностей микроэволюционных процессов вносит значительный вклад в сохранение генофонда этой ценной лесохозяйственной породы.
Комплексное изучение главных лесообразующих пород на популяционном уровне с использованием, профилей монотерпенов в качестве молекулярно-генетических маркеров является перспективным, развивающимся направлением в современном лесоведении, с учетом сведений о структуре естественных насаждений, сформировавшихся в определенных геоклиматических условиях и являющихся продуктом многовековой адаптации и естественного отбора.
На современном этапе необходимо совершенствовать способы искусственного лесоразведения, поскольку оптимальное использование генетического потенциала видов возможно только при создании полиморфных, целостных популяционных систем. Выполненная работа входила в госбюджетную тему ВГЛТА «Биологические основы семеноводства и культуры основных лесообразующих пород ЦЧР» (№ госрегистрации 01.960. 010579) и ФЦП «Интеграция» (№ госрегистрации 01. 9.70008841).
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение изменчивости (на примере синтеза монотерпенов эфирного масла) одного из основных лесообразующих видов Евразии-сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в рамках основных типов леса Хреновского бора. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие основные задачи: усовершенствовать методику экстрагирования эфирного масла диэтиловым эфиром, исследовать методом газожидкостной хроматографии изменчивость относительного содержания монотерпенов в эфирном масле хвои сосны обыкновенной; изучить структуры основных типов леса Хреновского бора на примере уцелевших старовозрастных насаждений по составу монотерпеновой фракции; на основании полученных результатов распределения различных хемофенотипов в отдельных микропопуляциях дать структурную характеристику основных типов леса с целью последующего создания искусственных насаждений заданной генетической структуры;
4) провести хемоинвентаризацию плюсовых деревьев сосны обыкновенной;
5) исследовать цитологические особенности деревьев с различными типами биосинтеза монотерпенов;
6) исследовать состав эфирных масел деревьев в очаге корневой губки, показатели роста испытательных культур, созданных полусибсовым потомством от семенников, сохранившихся в очагах усыхания.
Научная новизна. Впервые в Хреновском бору проведена хемоинвентаризация памятников природы, уникальных разновозрастных насаждений - представителей древней популяции.
Для популяции сосны обыкновенной в Хреновском бору была получена картина распределения и содержания монотерпенов во всех основных типах леса. На основе хемотипической структуры для основных типов леса выявлен оптимальный состав хемофенотипов (повторяющееся в ряду сменяющих друг друга поколений соотношение исходных форм деревьев). Исследован процесс естественного отбора с установлением его направленности в различных экологических условиях Хреновского бора.
7 Охарактеризована изменчивость трех поколений древостоя: молодняка, спелой и старовозрастной частей, по составу монотерпенов ЭМ, что дало возможность оценить ее параметры во времени, на основе выяснения онтогенетических особенностей биосинтеза монотерпенов и описания фенотипов. Исследованы цитологические особенности полусибсового потомства деревьев с контрастным типом биосинтеза, с определением митотической активности и цитологических анамалий.
Практическая ценность работы. На основе исследований состава, изменчивости содержания монотерпенов эфирного масла хвои сосны обыкновенной даны рекомендации для создания продуктивных, резистентных культур в условиях Хреновского бора.
Обоснованность и достоверность результатов исследований и выводов подтверждена экспериментальным материалом (большим число модельных деревьев, выполненных хроматографических, цитологических и других анализов); принятием апробированных методик по различным видам исследования (лесоводственно-таксационные, анатомо-цитологические, дендрометрические и др.); статистической обработкой данных с применением ЭВМ и современных программ.
Апробация работы. Основные результаты исследования были представлены автором на международной конференции «Ресурсосберегающие технологии в лесном хозяйстве, лесной и деревообрабатывающей промышленности» (Минск, 1999); международной конференции «Научно-технический прогресс в лесном комплексе» (Сыктывкар, 2000); международной конференции «Интеграция фундаментальной науки и высшего лесотехнического образования по проблемам ускоренного воспроизводства, использования и модификации древесины» (Воронеж, 2000); международной конференции «Леса Евразии в третьем тысячелетии» (Москва, 2001); международной конференции «Интеграция науки и высшего лесотехнического образования по управлению качеством леса и лесной продукции» (Воронеж, 2001).
8 На защиту выносятся следующие положения:
Хемофенотипическая структура основных типов леса Хреновского бора.
Хемотипическая характеристика плюсовых деревьев и установленные связи биохимических и морфологических признаков.
Установленные в ходе цитологического анализа патологии митоза у проростков семян от деревьев с различными типами биосинтеза монотерпенов.
Предложения по выращиванию высокопродуктивных и устойчивых лесных культур.
Личный вклад автора. Исследования проводились в период с 1998 по 2001гг. Самостоятельно разработана программа исследований, отобраны объекты исследований, усовершенствована методика экстрагирования ЭМ, поведен хроматографический и цитологический анализы. Объектами изучения являлись памятники природы, культуры, созданные кафедрой лесных культур ВГЛТА.
Публикации. Основные положения работы изложены в 11 опубликованных работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, описания геоклиматической и исторической характеристик объекта исследований, обзора литературы, методики исследований, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, предложений и экономического обоснования. Общий объем работы составляет 223 страницы, включая 39 таблиц, 35 рисунков (графики, фотографии, диаграммы). Список цитируемой литературы содержит 206 ссылок, в том числе 36 на иностранных языках. В приложениях приведены данные хроматографического и статистического анализов.
Качественный и количественный состав монотерпенов эфирного и терпентинного масла
Данные о внутривидовой структуре лесообразующих пород по характеру биосинтеза терпенов имеют большое теоретическое и прикладное значение. Они используются для выявления особенностей эволюционного развития и миграции видов (Mirov, 1967, Hanover, 1971, Forde. 1964, Чернодубов, 1993, Чудный, 1978), в хемосистематике (Чернодубов, 1988, 1990), ресурсоведении (Бардышев, 1969), для характеристики генотипического состава популяции (Hanover, 1975), при решении практических задач лесохозяйственного производства (Чудный, 1981, 1984, Чернодубов, Дерюжкин, 1990, Максимов, 1998). В нашей стране особенности синтеза терпенов наиболее изучены у сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. Тем не менее у исследователей еще имеется ряд серьезных проблем требующих детальных проработок и массовых исследований в данной области. В состав эфирных масел и скипидаров большинства видов p.Pinus входят монотерпеновые и сексвитерпеновые углеводороды, а также кислоросо-держащие и другие соединения. Основная доля (50% и более) приходится на монотерпеновые углеводороды, и именно этой группе веществ уделяется внимание при изучении эфирных и терпентинных масел (Чернодубов, 1981,1984, 1995; Чернодубов, Дерюжкин 1990). Физические и химические свойства монотерпенов, выделяемых из живицы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), впервые описал Д.И. Менделеев (1863). Исследованиями (Рудаков и др., 1970; Полтавченко, 1974; Чернодубов, 1977; 1990; Чудный, 1981; Чуркин, 1982; Максимов 1982, 2000; 1995; Степень, 1994, 1995; Фуксман, 1995; Smith, 1977) установлено, что качественный состав монотерпеновой фракции и терпентинных масел различных видов p.Pinus в основном одинаков и представлен следующими компонентами: 1- трициклен, 2 -а -пйнен, 3 - камфен, 4 - (3-пинен , 5 - мйрцен, 6 - А -карен, 7 - а-терпинен, 8 - лимонен, 9 - Р-фелландрен, 10 - 1,8 цинеон, 11 -у-терпинен, 12 - п-цимоп, 13 - терпинолен. Доминирующими из них являются а-пинен, р-пинен, камфен, А3-карен, лимонен, р-фелландрен. Литературные данные Высоцкого А.А.(1980), Акимова Ю.А.(1979),
Чудного А.В.(1977) указывают на то, что монотерпеновый состав в живице одного дерева не зависит от места взятия проб по стволу дерева. Что касается количественного содержания компонентов масел хвои, собранной в разных частях кроны дерева, то эти данные несколько противоречивы. Так, по данным Ювонена (Juvonen, 1969), у сосны в пределах одной ветви состав монотерпенов почти не меняется, по различия в составе масла хвои из разных частей кроны достигает в отдельных случаях существенных величин. Однако каких либо определенных тенденций в изменении состава хвойного масла при переходе от одного порядка ветвления к другому автор не обнаружил.
По другим данным (Полтавченко и др., 1968), состав монотерпенов хвои сосны обыкновенной в разных частях кроны однороден (колебания а-пинена, например, не превышают 1-2 %). Ориентация ветвей по сторонам света не оказывает заметного влияния на количественное содержание компонентов масел из хвои (Ruodloff, 1967), коры и древесины (Hanover, 1966). Различий в составе масел, выделенных из древесины сосны в верхней, средней и нижней частей ствола, не обнаружено (Полтавченко и др., 1968, Чудный, 1977).
При изучении возрастной изменчивости состава эфирного масла большинство исследователей отмечают, что заметные изменения в составе масел из хвои происходят в период активного роста и развития игл, а затем состав масел стабилизируется и в течение остальной части жизни остается постоянным (Juvonen, 1966, 1970; Rudloff, 1972; Полтавченко и др. 1974; Zavarin et all., 1971; Акимов и др., 1973).
В процессе сезонного роста и развития в растениях происходят сложные биохимические процессы, которые влияют на изменчивость выхода и состава эфирных масел.
Исследования А.И. Чернодубова (1990) показывают, что у сосны обыкновенной в начале вегетации наблюдается снижение содержании эфирных масел, что, возможно, указывает на их использование растениями. Мини 37 мальное количество масел обнаружено в июне-июле, что, по-видимому, связано с приростом массы тканей без существенного увеличения количества эфирных масел в них или с интенсивным расходом его в жаркое время года. В июле ростовые процессы в побегах сосны в основном заканчиваются, но фотосинтез продолжается. В августе - сентябре происходит заметное увеличение количества эфирного масла, что связано с подготовкой растений к перезимовке. Это подтверждается исследованиями И.Л. Фуксман (1995). Образование эфирных масел продолжается и в зимний период, когда растения находятся в стадии относительного покоя. В этот период эфирные масла выполняют защитные функции, предохраняя ткани от повреждения морозами. Данная мысль была высказана Т.В. Щепкиной (1928).
С.Л. Иванов (1961) указывает на тесную зависимость образования масла в растениях от температурных условий. Этим же автором установлено, что по мере передвижения от южных широт к северным, количество масла возрастает, а также возрастает доля деревьев с высоким содержанием а-пинена. (Иванов, 1961).
Ю.Е. Новицкая (1967) считает, что образование эфирных масел зависит от факторов внешней среды. В осенне-зимний период в растениях создаются условия, усиливающие анаэробный процесс дыхания. Испарение эфирных масел и других органических веществ направлено на преодоление этих неблагоприятных факторов.
Хроматографический анализ и идентификация компонентов эфирного и терпентинного масел
Использование промышленной подсочки и метода круглых ран (Положенцев, 1951) как при анализе химического состава, так и при определении смолопродуктивности деревьев, в связи с контактом среды и неодинаковой вязкостью живицы могут привести к получению искаженной информации. Известно, что терпены и смоляные кислоты легко окисляются кислородом воздуха. Скипидар способен не только окисляться, но и окислять соприкасающиеся с ним вещества, не способные окисляться непосредственно молекулярным кислородом. Свет ускоряет самоокисление. Установлено, что главным фактором окисления скипидара является солнечный свет. Литр скипидара на свету может поглотить до 34 л кислорода. Свет ускоряет самоокисление. Наиболее объективным в этом случае является использование бесцветных, химически инертных полиэтиленовых трубок (Высоцкий, Акимов, 1981). Для изоляции выделившийся живицы от воздействия прямых солнечных лучей ампулы заворачивали в фольгу, которая также предохраняла от резкого перегрева. Наибольшее количество живицы выделяется сосной обыкновенной во второй половине лета (Иванов 1961), именно в этот период и отбирали образцы с плюсовых деревьев.
Приспособления устанавливали с северной стороны ствола на высоте 1,3 м от шейки корня в отверстие, сделанное сверлом тонкого диаметра (5 мм), как и трубка при глубине 4-5 мм. Количество живицы учитывали в граммах (Высоцкий, 1980). По окончании срока (24 часа) наполненные живицей через переходную иглу ампулы запаивали в полевых условиях, что полностью герметизирует живицу до момента проведения анализа её состава. Ампулы хранили при температуре 0...-5С0, что сводит потери легко испаряющихся эфирных терпентинных масел к минимуму (Максимов, 1983).
Анализ качественного состава монотерпенов живицы выполняется путем прямого хроматографирования на хроматографе «Хром-5» по методике описанной в разделе 3.6. Анализ фитоорганических продуктов включает их разделение на отдельные компоненты и определение природы последних теми или иными способами. Наиболее универсальными и эффективными для аналитических целей считаются хроматографические методы. Наибольшее распространение для исследования природных органических соединений получила газожидкостная хроматография (Горяев, 1962). Метод основан на различии в распределении компонентов между двумя фазами, одной из которых является неподвижный жидкий слой, нанесенный на носитель, а другой -поток газа носителя, фильтрующийся через неподвижный слой. В нашем исследовании использовался газожидкостный хроматограф «Хром-5». Принцип работы основан на том, что подвижная инертная фаза (газ-носитель) поступает в стальную хроматографическую колонку, заполненную сорбентом, который выполняет роль неподвижной фазы, где происходит разделение смесей. Вблизи от ввода газа в колонку установлено устройство для ввода пробы, которые вводились с помощью шприца, протыкая резиновую мембрану. Объем пробы 2-4 мкл. Анализируемая смесь разделяется в колонке и поступает в пламенно-ионизационный детектор. Выходящий из колонки газ-носитель, содержащий элюент, смешивается с водородом и воздухом и проходит в форсунку горелки детектора. Пламя ионизирует молекулы элюента, в результате чего электрическое сопротивление между электродами уменьшается, а ток увеличивается. Время от момента ввода пробы в колонку до момента регистрации максимума пика называется временем удерживания (tR). Оно не зависит от количества введенной пробы и с учетом геометрических параметров колонки определяется строением того или иного соединения, т. е. является качественной характеристикой компонентов. Количественное содержание компонента характеризуется площадью пика. Подсчет площади пика осуществляют автоматически с помощью интегратора, который фиксирует и время удерживания, и площадь пика. Принтер и самописец позволяют сразу получать распечатку с указанием содержания всех компонентов разделяемой смеси. Минимально определяемая концентрация, выраженная в объемных процентах, не превышает 5x10 6 %. При выборе параметров разделения эфирного масла методом ГЖХ на хроматографе «Хром -5» проведен выбор неподвижной фазы и оптимальной температуры колонки. При исследовании мы руководствовались рекомендациями: Р.Д. Колесниковой (1986), Л.В. Краснобояровой (1982), А.И. Чернодубова, (1990), В.М. Максимова (1983), ВТ. Латыша (1979). Для выбора сорбентов при разделении углеводородов эфирного масла сосны обыкновенной использовали следующие жидкие фазы: полиэтиленгликольадипат 12%, carbowax 20М (полиэтиленгликоль), SE-30 (метилсиликоновый эластомер) 5%, ХЕ-60 (цианоэтил 25%)(метилсиликоновый эластомер), Apiezon L (полимерный метилфениловый эфир). В качестве твердого носителя использовался Chromaton N-AW-DMCS.
Структура коренных типов леса Хреновского бора по биосинтезу монотерпенов эфирного масла хвои
Основу роста, развития и преемственности жизни на Земле определяют процессы деления клеток. У многоклеточных организмов с половым размножением различают два основных типа деления клеток: митоз и мейоз.
Митоз (от греч. mitos - нить) - деление ядра, следующее за репликацией хромосом, в результате чего дочерние ядра содержат то же число хромосом, что и родительские. Митоз имеет сложный механизм, включающий несколько фаз необходимость, которого возникла в процессе эволюции, когда появились клетки с резко увеличенным, количеством ДНК, упакованной в отдельные хромосомы. Особую важность в том момент приобрела задача точно распределить удвоившиеся хромосомы между дочерними клетками (Hartwell, 1995).
Все этапы собственно митоза контролируются генетически так же как Периодичность митоза, в контроле за которой участвуют гены группы «per» (Шноль, 1996). Отдельными авторами у различных объектов установлена ви-доспецифичность этого явления (Буторина и др., 2000; Hartwell, 1995). Глобальное значение митоза в жизнедеятельности организмов обуславливает исключительную важность изучения всех его параметров и в том числе, динамики митотической активности.
Несмотря на то, что митотическая активность у различных видов растений исследовалась довольно подробно, она изучена далеко не у всех объектов, представляющих научный и практический интерес. Это относится, в частности, и к большинству древесных. Определение суточной митотической активности у видов древесных будет иметь особую ценность как условие для корректного определения у них митотического индекса, который в свою очередь, может быть использован в качестве диагностического признака интенсивности роста в раннем возрасте. Более быстрый рост в раннем возрасте выгоднее с точки зрения лесоводов, поскольку этот признак уже на раннем этапе онтогенеза обеспечивает конкурентную способность. В связи с этим отбор индивидов с более высоким митотическим индексом перспективен для выделения быстрорастущих форм уже на стадии проростков и для оценки материнских деревьев по их способности давать интенсивнорастущее потомство (Попов и др., 1998).
Высококачественные семена, дающие устойчивое и высокопродуктивное потомство является результатом нормально протекающего митоза, то есть без нарушений. В этой связи немаловажным становится выявление патологий митоза у проростков сосны различных типов биосинтеза монотерпенов. А.К. Буторина и др.(1998) отмечают, что предварительная цитологическая оценка деревьев и их семенного потомства является целесообразной при создании лесосеменных плантаций. Полусибсовое потомство деревьев с различными типами биосинтеза изучалось отдельными авторами (Иджомах Дж., 1987). Установлено, что формы с различным типом биосинтеза имеют одинаковое число хромосом (2п=24), отклонений от нормального хода митоза не выявлено. Для изучения цитологических особенностей деревьев сосны обыкновенной с контрастным типом биосинтеза монотерпенов эфирного масла хвои нами были отобраны семена с шести модельных деревьев из двух различных популяций: Хреновского и Усманского боров - по три из каждого. У этих деревьев предварительно был исследован химический анализ эфирного масла и установлена направленность биосинтеза. Деревья из Усманского бора относятся ко II классу возраста, они были отобраны на лесосеменной плантации кв. № 85. Модели Хреновского бора, XII класса возраста, были отобраны в урочище «Морозовская роща» кв. 258. С каждого дерева были собраны по 15-20 шишек, из которых извлечены семена. Семена проращивали в чашечках Петри в одинаковых условиях. Всхожесть семян оказалась различной, данные о всхожести изображены на рис. . Самая высокая всхожесть отмечена у деревьев № 16, 7 и 25 и составляет 82-78 %. Значительно ниже показатели всхожести оказались у деревьев № 5, 9, 58 (60-64 %). Самые дружные всходы оказались у деревьев № 5 (каренистое) и 25 (промежуточное). После фиксации и изготовления давленных препаратов нами была определена митотическая активность, которая у деревьев с контрастными типами биосинтеза оказалась различной. Данные о активности митоза отражены на рис. Самая интенсивная митотическая активность наблюдалась у деревьев № 5 (каренистое) и 25 (промежутоное). Митотический индекс равнялся соответственно: Mi25=5,16 % и Мі5=5,28 %. Несколько ниже значения были у деревьев № 16 (каренистое) и № 7 (промежуточное)- Міі6=4 % и Мі7=4,6 %. Значительно ниже активность митоза отмечена у деревьев № 58 и 9 пи-ненистого типа биосинтеза - Мі58=2,7 % и МІ9=3,26 %, что в 1,5-2 раза меньше, чем у промежуточной и каренистой форм. Наблюдения в течение трех с половиной суток показали, что в ходе митоза отмечаются пики и спады активности. Так, для полусибсового потомства дерева №16, за время наблюдений отмечены три максимума активности в 1000 28.03.01, в 1000 29.03.01 и в 1100 30.03.01.Спады отмечаются между 2400и 400. Для дерева № 25 пик пришелся на 1400 23.03.01. У потомства дерева № 58 отмечено 2 пика: в 200 28.03 и 2000 29.03, в ночные часы активность резко снижалась. Для деревьев Хреновского лесхоза отмечается следующая картина. У проростков от дерева № 5 пики пришлись на 2100 28.03 и на 2000 29.03. Полусибсы дерева № 9 пиненистой формы продемонстрировали четко выраженную цикличность активности, пики пришлись на б00 28.03 и 1400 29.03. Спад был значительным и пришелся на 2100 28.03 и 2000 29.03. В целом следует отметить, что у полусибсов моделей № 9, 16, 25 пики активности приходятся на дневные часы, у деревьев № 58, 5 и 7 на вечернее (20 -21 ) время. При исследовании цитологических особенностей проростков полусибсового потомства было обнаружено, что митоз у этих объектов проходит с нарушениями. Спектр патологий митоза у сосны был представлен (классификация по Алову, 1965): отставанием хромосом в метакинезе и анафазе, мостами (в том числе сложными), опережающим движением в анафазе, микроядрами. Анализ данных позволяет заключить, что наблюдавшиеся типы отклонений следует отнести к структурным перестройкам (хромосомные и хрома-тидные мосты) и к геномным мутациям (отставания и выброс хромосом в анафазе и телофазе) (Алов, 1965), (Буторина и др., 2000). Наименьший процент нарушений от общего количества делящихся клеток отмечается у потомства деревьев №25 (5,1 %) и 7 (3,4 %) промежуточного хемотипа. Незначительное количество 5,6 % отмечено у дерева № 16 каренистой формы. Для дерева № 5 Хреновского бора нарушений отмечено - (9,2 %), что выше, чем у промежуточной и пиненистой форм. Однако если учесть, что число зарегистрированных делящихся клеток у дерева № 9 пиненистой формы было почти в 2 раз меньше, чем у каренистой, и в 4 раза меньше чем у промежуточной, то можно говорить о несколько неравных условиях, в которые поставлены при сравнении данные хемотипы. Таким образом, митоз в клетках полусибсового потомства деревьев с контрастным типом биосинтеза монотерпенов проходит с нарушениями, причем наибольшее их количество наблюдается у пиненистой формы, наименьшее у промежуточной и каренистой.
Естественно-исторические причины возникновения корневой губки в Хреновском бору
Анализируя зараженность сосновых насаждений по типам условий произрастания, следует отметить, что наибольшая зараженность корневой губкой отмечается в условиях АГА2. Эти условия приурочены к вершинам и склонам дюн, где для загущенных культур сосны складываются наиболее благоприятные условия. Культуры в типах условий В2 иВ3 заражены корневой губкой слабее, так как приурочены к вершинам и склонам дюн с естественно-историческими почвенными условиями естественных сосновых насаждений.
Влияние почвенно-экологических условий на устойчивость насаждений к корневой губке определяется 2-мя основными категориями: 1) физиологической устойчивостью деревьев к заболеванию и 2) активностью патогена в данной среде. Одним из факторов, определяющих как физиологическую устойчивость сосны, так и дереворазрушающую активность корневой губки, является поч-венно-экологическая среда. Массовые очаги усыхания с последующим распадом насаждений часто возникают на деградированных почвах, утративших свойства лесных. Эти почвы в основном приурочены к землям мелиоративного фонда (пашни, пустыри, пески, пастбища и тд.). Наибольшая пораженность сосновых насаждений корневой губкой в Хреновском бору происходит в котловинах выдувания, в которых все сосновые насаждения практически усохли. Во всех котловинах отмечаются дерновые полностью дефлированные на двучленных отложениях почвы. Наиболее устойчивые сосновые формации встречаются в котловинах выдувания с дерновыми, полностью дефлированными песчаными почвами, подстилаемыми с глубины 1,0-2.5 м суглинками или супесями. Устойчивость лесных экосистем к корневой губке зависит от того, насколько почвы по свойствам близки к лесным. Важнейшими факторами, определяющими устойчивость насаждений к корневой губке, являются глубина погребения и степень деформированности гумусового горизонта. Чем ближе погребен гумусовый горизонт под вторично эоловым наносом и чем сильнее деформирована, то есть подвергалась ветровой эрозии, верхняя толщина профиля тем устойчивее насаждения сосны. Влажность почв -один из главных показателей устойчивости деревьев к неблагоприятным факторам среды. С ней тесно связана глубина ризосферы и способность корней извлекать питательные вещества из почвенного раствора. В устойчивых к корневой губке насаждениях распределение влаги в наиболее корнеобитаемой толще равномерно в период активного накопления биомассы растениями. Глубина ризосферы в этих условиях либо ограничивается подстиланием плотных суглинков, либо глубоко-лежащими (2,5-3 м) влажными слоями почвы. Это способствует развитию глубокой корневой системы. По данным Гаеля, чем беднее почва, тем больше корней на единицу площади развивает сосна (Гаель, 1957). А.Я. Орлов констатирует, что объем корней сосны на богатых местообитаниях в 5 раз меньше чем, на бедных. Такая морфоструктура корневой системы обеспечивает нормальное снабжение дерева водой и питательными веществами. На двучленных почвах, где в верхней полуметровой толще залегают суглинки и супеси, глубина ризосферы еще меньше и составляет 0,7-1 м. К тому же на таких покровных суглинках, подстилаемых песком, сосна не развивает стержневого корня. Данная ситуация усугубляется отклонением в структуре корневых систем, и, в первую очередь деформация и уничтожение стержневого корня при посадке, провоцирует разрастание группы боковых корней, расположенных и функционирующих у поверхности почвы. Эти корни способны обеспечить жизнеспособность деревьев лишь на протяжении первого класса возраста. С увеличением класса возраста такие деревья резко теряют биологическую устойчивость, и корневая губка на этом фоне переходит в активную паразитическую фазу (Харченко, 2000). Очаги корневой губки интенсивно развиваются в сосновых насаждениях до третьего класса возраста включительно. В жердняках и средневозрастных насаждениях состояние ослабленности совпадает с появлением оптимальных условий для развития мицелия патогена в подстилке. Таким образом, характерными чертами корневых систем на описанной территории являеюся поверхностность и малый объем. Все это плюс высокая влажность корнеобитаемой толщи создают благоприятные условия для развития корневой губки. Общеизвестен факт, что сосна на бедных песках формирует низкопол-нотные насаждения, так как запасы почвенной влаги в верхних слоях невелики и не могут обеспечить полного водоснабжения большого числа деревьев. На глубоких дюнных песках в Хреновском бору в последние годы были закультивированы большие площади монокультур сосны с загущенными схемами посадки (3-10 тыс. шт./га). Достигнув жерднякового возраста, культуры попадали в режим острого дефицита влаги, что и послужило причиной их массового поражения корневой губкой. Следует отметить, что в насаждениях сосны даже при сильной степени заражения корневой губкой проявляется избирательность заражения. В связи со степенью развития деревьев также увеличивается и избирательность поражения патогеном отстающих в росте и экземпляров. Здоровая часть насаждений в пределах очагов корневой губки всегда преимущественно представлена экземплярами более высокой энергии роста и развития. Данные экземпляры следует тщательно исследовать и рассматривать как плюсовые по устойчивости к патогену деревья (Артюховский, 1993) с последующей заготовкой семян и выращивания из них высокогетерогенных культур, устойчивых к корневой губке. Изучение изменчивости состава монотерпенов эфирного масла различных видов тканей и частей помогают понять процесс образования терпенов и их роль в жизни растений (Полтавченко и др., 1968, 1970, 1972; Рудаков, 1970). Решение такой сложной проблемы, как борьба с корневой губкой, требует усилий лесоводов, почвоведов, микологов, биохимиков, генетиков, микробиологов. Требуется изучение многообразных сторон жизнедеятельности данного патогена, его агрессивность в неодинаковых условиях на различных породах, деревьях. Одним из направлений в этой области является изучение связи между устойчивостью сосны к поражаемости корневой губкой и составом живицы и эфирных масел.
Ряд авторов (Максимов, 1983; Положенцев,1970; Чернодубов, 1974; Чудный, 1984) установили связь между устойчивостью сосны к поражаемости корневой губкой и составом живицы. Считается, что по отношению к корневой губке такие компоненты как мирцен, А3-карен, лимонен, Р-фелландрен являются губительными, это определено в опытах Чудного (1984), который приводит данные, что на рост чистой культуры гриба КГ оказывает подавляющее действие содержание А3-карена от 23,9 до 27,8 %. При введении относительного Д3-карена (83,7 %) скорость роста колонии гриба сократилась в 5 раз.(Чудный, 1981). По данным П.А. Положенцева, у непораженных деревьев сосны А3-карена в живице было до 53,2 %, а у пораженных грибом до 23,7 % и менее, что указывает на коррелятивную связь компонента с устойчивостью к корневой губке.
Похожие диссертации на Структура основных типов леса Хреновского бора по составу эфирного масла
