ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ ЛІСОВОГО ГОСПОДАРСТВА УКРАЇНИ

УКРАЇНСЬКИЙ ОРДЕНА “ЗНАК ПОШАНИ” НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ЛІСОВОГО ГОСПОДАРСТВА ТА АГРОЛІСОМЕЛІОРАЦІЇ ім. Г.М. ВИСОЦЬКОГО

ДЕШКО ЛІЛІЯ ОЛЕКСАНДРІВНА

УДК 630*165: 630*181.525: 674.032.475.442

ВНУТРІШНЬОВИДОВА МІНЛИВІСТЬ СОСНИ ЗВИЧАЙНОЇ В ГЕОГРАФІЧНИХ КУЛЬТУРАХ ЗА ЦИТОЛОГІЧНИМИ ПОКАЗНИКАМИ

06.03.01 – лісові культури, селекція, насінництво

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському ордена "Знак Пошани" науково-дослідному інституті лісового господарства та агролісомеліорації імені Г.М.Висоцького Державного комітету лісового господарства України.

Науковий керівник Доктор сільськогосподарських наук,

професор, академік УААН

Патлай Ігор Миколайович

Офіційні опоненти:

Доктор біологічних наук, професор Криницький Григорій Томкович, Український державний лісотехнічний університет Міністерства освіти України, проректор з наукової роботи, завідувач кафедри лісівництва.

Кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Яцик Роман Михайлович, Український науково-дослідний інститут гірського лісівництва ім. П.С. Пастернака, заступник директора з наукової роботи, завідувач лабораторії селекції і насінництва.

Провідна установа

Центральний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, м. Київ.

Захист відбудеться 01.03.2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64.828.01 в Українському ордена "Знак Пошани" науково-дослідному інституті лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М. Висоцькoго за адресою: 61024, м. Харків, вул. Пушкінська, 86.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського ордена "Знак Пошани" науково-дослідного інституту лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М. Висоцького за адресою: 61024, м. Харків, вул. Пушкінська, 86.

Автореферат розісланий 27.01.2001р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Гавриленко А.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Фундаментальні дослідження закономірностей внутрішньовидової мінливості та популяційної структури основних лісоутворюючих видів є науковою базою при вирішенні проблеми підвищення продуктивності лісів та поліпшення їх якісного складу, оскільки при цьому достатньо повно розкривається генетичний потенціал видів. Вивчення внутрішньовидової мінливості не тільки на фенотипічному, а й на інших біологічних рівнях -біохімічному, фізіологічному, цитологічному, генетичному - можуть кардинально змінити наші уявлення про поліморфізм деревних видів і раціональні методи їх селекції. У зв'язку з особливостями онтогенезу деревних видів багато дослідників робили спроби виявити біологічні маркери які були б пов'язані з показниками росту та стану дерев, але, на жаль, одержані результати дуже обмежені та суперечливі [Л.И. Гладкова, 1955; С.А. Мамаев, 1973; П.И. Молотков и др., 1980; Н.А. Кузьмина, 1980; В.Л. Черепнин, 1980; Т.П. Некрасова, 1983; Р.Г. Шеверножук, 1991; А.И. Чернодубов, 1998].

Актуальність теми. Вивчення внутрішньовидової мінливості сосни звичайної, однієї з головних лісоутворюючих порід України, має дуже важливе значення для виявлення, збереження та невиснажливого використання її біорізноманіття. Найстарішим та визнаним в лісовій селекції методом вивчення мінливості деревних порід є випробування їх у однорідних умовах росту в географічних культурах. Досить детально в географічних культурах вивчалися лісівничо-таксаційні, деякі анатомічні, фенологічні та інші показники [А.И.Ирошников, 1977; И.Н. Патлай, 1980; А.Е. Проказин, 1980; Г.Т.Криницький та інш., 1993; П.Т. Журова, 1995; Н.А. Кузьмина, 1997; О.І. Протасов, 1998 та інш.]. Також, треба відмітити, що майже усі дослідження стосуються тільки першого покоління [А.М. Шутяев, 1991]. Результати вивчення спадковості внутрішньовидової мінливості в географічних культурах дуже обмежені і стосуються лише лісівничо-таксаційних характеристик.

Вивчення мінливості на цитологічному рівні в географічних культурах сосни звичайної, до теперішнього часу, в Україні майже зовсім не провадилось. В зв'язку з цим, виникла необхідність дослідження внутрішньовидової мінливості сосни звичайної в географічних культурах з використанням нових методичних підходів для виявлення за комплексом ознак найперспективніших кліматипів. Також зазначимо, що вельми актуальною є проблема встановлення цитологічних маркерів, використання яких дозволило б прогнозувати на ранніх етапах розвитку швидкість росту та продуктивність насаджень сосни звичайної.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. З 1996 по 1999 рік дисертант був виконавцем розділу державної теми "Розробити нові засади лісової селекції та насінництва для генетичного поліпшення лісів на принципах сортоведення, гібридизації та мiкроклонування" (номер державної реєстрації 0196U011524), замовником якої був Держкомлісгосп України.

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи – розробка методичних основ застосування цитологічних досліджень для виявлення та прогнозування внутрішньовидової мінливості сосни звичайної в географічних культурах на різних біологічних рівнях, а також відбору кращих популяцій.

За для цього було поставлено наступні задачі: –

теоретичне обгрунтування застосування цитологічних досліджень для вивчення внутрішньовидової мінливості сосни звичайної;–

визначення рівня та характеру внутрішньовидової мінливості лісівничо-таксаційних характеристик сосни звичайної в географічних культурах І та ІІ поколінь; –

вивчення мінливості цитологічних показників пилку різних географічних походжень сосни звичайної;–

дослідження мінливості схожості насіння та мітотичної активності апікальних меристем проростків насіння різних кліматипів сосни звичайної І та ІІ поколінь; –

виявлення зв'язків зазначених показників з декотрими географічно-кліматичними характеристиками регіону походження насіння;–

визначення зв'язків між цитологічними показниками пилку та насіння і таксаційними характеристиками кліматипів.

Об'єкт дослідження – внутрішньовидова мінливість сосни звичайної.

Предмет дослідження – географічні культури сосни звичайної І та ІІ покоління.

Методи дослідження. Дослідження мінливості характеристик пилку проводилося за найбільш поширеними цитологічними, морфометричними та гістохімічними методиками. Вивчення апікальних меристем проростків насіння проводили за допомогою цитологічних методик, модифікованих для сосни звичайної. Вивчення мінливості ростових показників різних кліматипів сосни звичайної проводилося за допомогою загальноприйнятих лісівничо-таксаційних методів. Для обробки отриманих результатів та встановлення кореляційних зв'язків використовували методи математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше проведено цитологічні дослідження внутрішньовидової мінливості сосни звичайної в географічних культурах І та ІІ поколінь.

Розроблено основи комплексного методичного підходу до вивчення внутрішньовидової мінливості сосни звичайної в географічних культурах із застосуванням як таксаційних, так і цитологічних досліджень для відбору найбільш продуктивних та стійких до природно-кліматичних умов регіону кліматипів.

Розроблено науково обгрунтовану систему показників, які підтверджують наявність біологічних зв'язків досліджених рівнів для виявлення та прогнозування внутрішньовидової мінливості сосни звичайної.

Практичне значення одержаних результатів. Результатами досліджень І та ІІ поколінь географічних культур підтверджено доцільність подання до державного сортовипробування кращих кліматипів сосни звичайної як сортів-популяцій. Запропоновано використовувати окремі цитологічні показники пилку та насіння для прогнозування швидкості росту та якісного стану насаджень сосни звичайної на ранніх етапах розвитку.

Особистий внесок здобувача. Постановка задачі, обгрунтування теоретичних положень дисертаційної роботи, збір та обробка польового матеріалу, аналіз результатів та розробка практичних рекомендацій виконані автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались, обговорювались та були схвалені на науково-практичній конференції "Актуальні проблеми сучасної науки у дослідженнях молодих вчених м. Харкова" (Харків, 1998). У закінченому вигляді дисертаційну роботу розглянуто на розширеному засіданні лабораторії селекції, насінництва та інтродукції деревних порід УкрНДІЛГА.

Публікації. За даними дисертації опубліковано 5 наукових праць, 4 з яких – статті у фахових виданнях, що входять до переліку, затвердженого ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи 180 сторінок, в тому числі 33 таблиці, 23 ілюстрації та 6 додатків. Список використаних джерел містить 197 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Внутрішньовидова мінливість деревних порід. Географічна мінливість сосни звичайної (огляд літератури)

Проаналізовано результати вивчення внутрішньовидової мінливості деревних порід в природних умовах та в географічних культурах; шляхи утворення внутрішньовидового різноманіття; характеристики географічної мінливості сосни звичайної. Обгрунтовано необхідність застосування, поряд із традиційними, лісівничо-таксаційними дослідженнями, цитологічних методів вивчення мінливості сосни звичайної в географічних культурах.

Програма, об'єкти та методика досліджень

Програма досліджень, що спрямована на досягнення поставленої мети, передбачала: вивчення мінливості росту за діаметром та висотою, продуктивності та якісних характеристик кліматипів сосни звичайної у І та ІІ поколіннях; дослідження мінливості пилку різних географічних походжень сосни звичайної І покоління; вивчення мінливості лабораторної схожості насіння І та ІІ поколінь; дослідження мінливості мітотичної активності апікальних меристем корінців проростків насіння різних географічних походжень сосни звичайної І та ІІ поколінь; проведення кореляційного аналізу усіх вивчених показників з деякими географічно-кліматичними характеристиками регіону походження насіння та між собою.

Об'єктами досліджень були географічні культури сосни звичайної І та ІІ поколінь Краснотростянецької лісової науково-дослідної станції Сумської області, Зміївського ДЛГ Харківської області. Географічні культури І покоління було створено на Краснотростянецькій лісовій науково-дослідній станції у 1928-30 роках. Тут представлено сосни з 224 лісництв 92 районів колишнього СРСР. Клонова плантація географічних походжень І покоління Зміївського ДЛГ створена у 1974 році. Географічні культури ІІ покоління закладено в 1965 році у Тростянецькому ДЛГ. Насіння для створення ІІ покоління культур було зібрано у культурах 1928-30 років. Тут представлено 20 походжень сосни звичайної.

Для досліджень було відібрано походження, що максимально повно репрезентують основні типові частини ареалу сосни звичайної, тобто: архангельське, полоцьке, бобруйське, брянське, місцеве (тростянецьке), в'ятське, саратовське, бузулукське, кокчетавське, акмолинське, грузинське. У всіх вищезгаданих походженнях провадили лісотаксаційні та полінологічні дослідження. Вивчення насіння провадили у І поколінні в грузинському, тростянецькому, саратовському, брянському, кокчетавському, полоцькому, в'ятському та архангельському походженнях; у ІІ-му – в грузинському, тростянецькому, кокчетавському та архангельському. Саме ці кліматипи було відібрано як найбільш відмінні за географічно-кліматичними характеристиками регіону походження насіння.

Вивчення лісівничо-таксаційних характеристик, цитологічні дослідження пилку (вивчення морфометричних, гістохімічних показників, життєздатності та фертильності) провадили за загальноприйнятими методиками [Н.Т. Анучин, 1982; М.М. Вересин,1985; В.П. Размологов, 1964; О.И. Кириченко, 1982; Т.П. Некрасова, 1983]. Визначення мітотичної активності клітин провадили цитологічними методами [Е.Г. Шоферистова, 1973], модифікованими для сосни звичайної. Кінчики корінців пророщеного насіння фіксували в оцтово-спиртовому розчині тричі на добу (о 8, 16 та 24 годині): для кожного походження було зроблено по 9-10 фіксацій. У кожній фіксації було проглянуто по 1,5 – 2,5 тис. клітин. На виготовлених тимчасових чавлених препаратах апікальних меристем кінчиків корінців проростків насіння визначали рівень мітотичного індексу (МI) – відношення кількості клітин, що діляться, до загальної кількості клітин, які було проглянуто – для кожної фіксації в кожному походженні. Також визначали індекси фаз мітозу; коефіцієнти фаз та профазний індекс.

Статистичну обробку отриманих результатів та їх кореляційний аналіз провадили методами математичної статистики за допомогою пакету Microsoft Excel.

Сучасний ареал та внутрішньовидова систематика сосни звичайної. Географічно-кліматичні характеристики походжень

Сосна звичайна у Євразії має широке розповсюдження [Л.Ф. Правдин, 1964]. Визначено деякі географічно-кліматичні характеристики регіонів походження насіння для кліматипів, що вивчалися. Проведені розрахунки показали, що межі коливання даних характеристик досить значні, наприклад: значення коефіцієнту континентальності по походженнях коливається від 0,823 (архангельський кліматип) до 0,942 (кокчетавський), середньорічна сума опадів – від 281 мм (кокчетавський) до 888 мм (грузинський), сума зимових температур – від 187,50 (грузинський) до -1462,40 (акмолинський) і т.д. До того ж, відібрані нами кліматипи належать до різних підвидів сосни звичайної за Л.Ф. Правдіним: архангельське – P. sylvestris subsp. lapponica Fries; грузинське – P. sylvestris subsp. hamata (Steven) Fomin; кокчетавське та акмолинське – P. sylvestris subsp. kulundensis Sukaczew; місцеве, брянське, бобруйське, в'ятське, полоцьке, саратовське та бузулуцьке – Pinus sylvestris L. subsp. sylvestris L. Таким чином, популяції сосни звичайної, які сформовані в різних кліматичних умовах, у вирівняних умовах географічних культур, на нашу думку, будуть проявляти значну мінливість.

Мінливість ростових процесів сосни звичайної в географічних культурах І та ІІ поколінь.

Вивчення мінливості таксаційних характеристик різних географічних походжень сосни звичайної у І поколінні в 70-річному віці показало, що найменшу середню висоту має кокчетавське походження – 20,5 м; найбільшу – бобруйське походження – 30,2 м. Середня висота сосон місцевого (тростянецького) походження 27,9 м. Найбільшим діаметром вирізняється місцеве походження (31,8 см), найменшим – архангельське (26,3 см). Найбільший об'єм стовбура середнього дерева характерний для сосон місцевого та бузулуцького походжень (0,976 та 1,012 м3 відповідно), найменший – для архангельського походження (0,521 м3).

Майже усі походження з північної і північно-західної частини Європейської Росії та з Білорусі (полоцьке, брянське, бобруйське) мають добру очищеність від сучків (іноді навіть кращу, ніж у місцевої), гірша очищеність – спостерігається у сосон південного та східних походжень (грузинське, кокчетавське, акмолинське).

Північні та західні європейські кліматипи формують рівні стовбури майже без ознак викривлення (бобруйський – 76,2% дерев з рівними стовбурами, в'ятський – 70,6%, полоцький – 69,8%). Кокчетавське походження характеризується доволі високою часткою кривих стовбурів; грузинський кліматип вирізняється наявністю дерев з дуже викривленими у верхній частині стовбурами. Таким чином, спостерігається тенденція до збільшення відсотку викривлених стовбурів з півночі на південь та з заходу на схід.

Статистичним аналізом виявлено, що тільки бобруйське походження вірогідно перевищує за висотою місцеве (tфакт=2,14; tтеор=2,02). Грузинське, кокчетавське та архангельське походження вірогідно відстають за ростом від місцевих сосон (tфакт=2,46; tфакт=6,46; tфакт=5,84 відповідно).

На основі результатів вивчення географічних культур, які провадились лабораторією селекції УкрНДІЛГА у попередні роки [І.М. Патлай, 1990] та наших досліджень визначено особливості швидкості росту різних кліматипів сосни звичайної в географічних культурах протягом 50 років до 70-річного віку. Динаміка росту у висоту різних географічних походжень порівняно з місцевою показала, що кліматипи з районів, розташованих на північ та захід від місця росту культур, менше відстають у рості, ніж кліматипи з південних та східних районів. Причому, що далі розташоване місце збору насіння, то більша різниця у рості. Окремо треба звернути увагу на те, що брянське та бузулуцьке походження в останні роки перевищують за висотою місцеве (тростянецьке) походження. Динаміка збільшення середніх діаметрів сосон різного географічного походження свідчить, що протягом останніх 40 років росту культур жодне з вивчених географічних походжень не перевищувало за цим показником місцеву сосну. Також можна відзначити, що, на відміну від середніх висот, відставання від місцевої за значенням середніх діаметрів більше у північних та західних сосон, ніж у південних та східних.

Проведені таксаційні дослідження географічних культур сосни звичайної ІІ покоління показали, що найбільшою середньою висотою вирізняється бобруйське походження (20,5 м), найменшою – грузинське (13,4 м); найбільшим діаметром вирізняється саратовське походження (20,6 см), найменшим – в'ятське та архангельське (17,1 см); максимальний об'єм стовбура середнього дерева виявлено у саратовського походження (0,281 м3), мінімальний – у грузинського та архангельського (0,186 м3).

Усі походження з західної частини Європейської Росії та Білорусі у ІІ поколінні характеризуються доброю очищеністю від сучків (брянське, полоцьке та бобруйське). Кліматипи з півночі Європейської Росії (архангельське та в'ятське) характеризується середньою та поганою очищеністю від сучків. Стосовно якості стовбурів можна сказати, що досить високий відсоток дерев зі значними вадами характерний для грузинського походження. Цей кліматип і в І поколінні географічних культур вирізняється наявністю сильно викривлених стовбурів.

Статистичний аналіз різниць середніх висот порівняно з місцевими (насіння для його вирощування зібране в географічних культурах І покоління) показав, що бузулуцьке, бобруйське, полоцьке, в'ятське, архангельське та кокчетавське походження вірогідно перевищують його; середня висота дерев грузинського походження вірогідно нижча від місцевої. Порівняно з контролем (вирощеним із загального збору насіння Тростянецького держлісгоспу), вірогідно вищим за висотою виявилося тільки бобруйське походження, за діаметром жодне з походжень вірогідно не перевищують контроль.

Бобруйське походження у І і у ІІ поколіннях географічних культур перевищує місцеві сосни за висотою, що підтверджує доцільність внесення його у Державний Реєстр сортів як сорту-популяції сосни звичайної.

Кореляційний аналіз таксаційних показників вивчених кліматипів з географічно-кліматичними характеристиками виявив в обох поколіннях тенденцію до негативного зв'язку між середнім діаметром дерев та широтою регіону, звідки було одержано насіння: у І поколінні коефіцієнт кореляції дорівнює -0,440, у ІІ – -0,505. Таким чином, на таксаційному рівні підтверджено висновок, що переміщення насіння в широтному напрямку більше впливає на ріст культур, ніж переміщення за довготою.

Мінливість пилку різних географічних походжень сосни звичайної в географічних культурах.

При вивченні лісових деревних порід з тривалим життєвим циклом дуже важливим є визначення біологічних маркерів швидкості росту та продуктивності насадження. Саме тому вивчалась внутрішньовидова мінливість сосни звичайної в географічних культурах на рівні пилку та насіння і визначались кореляційні зв'язки таксаційних характеристик кліматипів з цитологічними показниками їх пилку та насіння.

Одними з важливих характеристик пилку є морфометричні показники, зокрема, середня загальна довжина пилкового зерна (Е), довжина тіла пилкового зерна (А), висота тіла пилкового зерна (В). В дисертаційній роботі визначено, що значення Е коливаються у межах від 59,43 мкм (у бобруйському походженні) до 73,39 мкм (в архангельському). Значення А найбільше в архангельському походженні – 46,28 мкм, найменше – в бобруйському походженні – 36,37 мкм. Значення В коливаються у межах вiд 34,13 мкм (грузинське походження) до 38,19 мкм (тростянецьке походження). Значення коефіцієнтів варіації морфометричних показників доволі низькі – коливаються у межах від 1,88 до 11,70 %. Таким чином, вони є стабільними ознаками для кожного кліматипу.

Кореляційним аналізом визначених морфометричних показникiв пилку з деякими географiчно-кліматичними характеристиками регіону походження насіння виявлено залежність показника середньої загальної довжини пилкового зерна від географічної широти регіону походження насіння (r=0,651 при пороговому рівні 0,640) – що північніше розташовано місце збору насіння кліматипів сосни звичайної, то більша середня довжина пилкового зерна.

Одним із найважливіших показників ступеню адаптованості рослинного організму є життєздатність пилку. Вивчення мінливості життєздатності пилку протягом 3-х років показало, що кращими кліматипами сосни звичайної за показником максимальної життєздатності виявилися місцеве (1996 рік – 91,40%; 1997 рік – 82,80%; 1998 рік – 91,42%), грузинське (84,20%, 90,51%, 87,46%), брянське (90,11%, 96,82%, 81,58%), бобруйське (89,63%, 95,32%, 87,00%) та полоцьке (87,84%, 92,37%, 80,54%) походження; кращими за показником середньої життєздатності – місцеве, грузинське, бузулуцьке, брянське, бобруйське та полоцьке (рис. 1). Таким чином, окрім грузинського, кращими за цим показником, як і за таксаційними характеристиками, є походження із західної частини Європейської Росії та з Білорусі.

Рис.1. Середні значення життєздатності пилку різних географічних походжень сосни звичайної.

Проведено гістохімічні дослідження пилку різних кліматипів сосни звичайної, зокрема визначення вмісту в ньому крохмалю, ліпідів, гетероауксину та прижиттєвої кислотності. Кореляційний аналіз між показниками наявності крохмалю та життєздатністю пилку виявив тенденцію до від'ємного зв'язку кількості клітин, що не містять крохмаль і середньою та максимальною життєздатністю пилку (r=-0,730 - середня життєздатність; r=-0,581 - максимальна життєздатність; пороговий рівень коефіцієнту кореляції становить 0,650). Таким чином, що більша кількість пилкових зерен містять крохмаль, то більша його життєзатність. Ці лабораторні досліди дозволили запропонувати експрес метод визначення рівню життєздатності пилку без пророщування.

Окрім життєздатності, важливою характеристикою пилку є також його фертильність, яка в наших дослідах визначалась вимірюванням довжини пилкових трубок. Найбільшу довжину пилкових трубок виявлено у грузинського походження – 116,19 мкм, дещо нижчу – у акмолинського та полоцького. Найменша довжина пилкових трубок – 67,46 мкм – у в'ятського походження. Коефіцієнт варіації цього показника досить високий (максимальне значення – 27,75 % у полоцькому кліматипі). На нашу думку, фертильність пилку є значно менше генетично закріпленою, ніж морфометричні показники пилку і, навіть, ніж його життєздатність. Фертильність значно більше залежить від умов довкілля під час мейозу пилку [И.Н. Голубинский, 1974].

Кореляційний аналіз показників життєздатності пилку та таксаційних характеристик різних географічних походжень сосни звичайної у віці 70 років показав доволі високий рівень зв'язку цих показників. Коефіцієнт кореляції між показниками середніх висот у 70-річному віці та максимальної життєздатності пилку коливається по різних роках від 0,408 до 0,695; середнього діаметру та максимальної життєздатності – від 0,422 до 0,603; об'єму стовбура середнього дерева та максимальної життєздатності – від 0,565 до 0,682. Коефіцієнт кореляції між середньою висотою дерев у 70-річному віці та середньою життєздатністю пилку коливається від 0,348 до 0,636; між середнім діаметром та середньою життєздатністю – від 0,432 до 0,696; між об'ємом стовбура середнього дерева та середньою життєздатністю – 0,449 до 0,725. Результати проведених досліджень дають підстави використовувати показники життєздатності пилку для прогнозування швидкості росту різних кліматипів сосни звичайної та їх пристосованості до нових умов.

Мінливість життєздатності насіння та мітотичної активності клітин проростків сосни звичайної різного географічного походження І та ІІ поколінь.

Внутрішньовидова мінливість сосни звичайної в географічних культурах на цитологічному та ембріологічному рівнях вивчена недостатньо. При цьому спадковість географічної мінливості на клітинному рівні зовсім не досліджена. У зв'язку з цим, визначалась мінливість життєздатності насіння та мітотичної активності апікальних меристем у І та ІІ поколіннях географічних культур.

Вивчення життєздатності насіння різних кліматипів сосни звичайної І покоління показало, що абсолютна схожість насіння в лабораторних умовах доволі висока і коливається від 76,5 % (архангельське походження) до 96% (брянське походження). Стосовно динаміки проростання – максимальну кількість пророслого насіння, майже в усіх походжень, виявлено на 5–6 добу після висіву, але характер динаміки у різних походжень неоднаковий. Взагалі, проростання насіння північних походжень більше "розтягнуте" у часі. Аналіз схожості насіння сосни звичайної ІІ покоління показав, що, порівняно з першим, у другому поколінні абсолютна схожість нижча в усіх походжень і коливається від 73% в архангельського походження до 88% у тростянецького. Динаміка проростання, порівняно з І поколінням, теж дещо інша – в усіх походженнях сосни максимальну кількість пророслого насіння виявлено на 4–5 добу після висіву, на 9 добу насіння вже зовсім не проростало. Треба відзначити, що динаміка схожості насіння усіх вивчених кліматипів ІІ покоління та місцевого (у І та ІІ поколіннях) дещо подібні. Можна зробити припущення, що схожість насіння ІІ покоління відображає адаптацію кліматипів до місцевих географічно-кліматичних умов, а також вільне перезапилення походжень І покоління. Але при цьому, коефіцієнт кореляції між абсолютною схожістю насіння у І та ІІ поколіннях дорівнює 0,856, що підтверджує спадковість цього показника.

Кореляційним аналізом виявлено зв'язок між абсолютною схожістю насіння та коефіцієнтом континентальності походження: r=0,800 у першому поколінні, r=0,709 – у другому. Також визначено тенденцію до від'ємного кореляційного зв'язку між абсолютною схожістю насіння та гідротермічним коефіцієнтом (ГТК) регіону походження насіння: r=-0,771у І поколінні та r=-0,628 у ІІ.

Виявлено залежність між енергією проростання насіння та таксаційними показниками різних кліматипів сосни звичайної – середніми діаметром, висотою та об'ємом стовбура дерева – коефіцієнти кореляції коливаються від 0,620 до 0,728.

Особливої уваги заслуговує вивчення рослин в період проростання насіння, коли відбувається активація клітин меристеми зародків і геном проявляється у найбільш "чистому вигляді" [Н.И. Шестопалова, 1980]. Нами досліджено мінливість мітотичної активності апікальних меристем проростків насіння різних кліматипів сосни звичайної І та ІІ поколінь і виявлено їх відмінність за всіма вивченими показниками. Динаміку мітотичного індексу (МІ) декотрих кліматипів показано на рис. 2. Піки динаміки МІ у більшості походжень припадають на нічні та ранкові часи доби. Наприклад, у грузинського кліматипу спостерігається яскраво виражений пік о 8-й годині ранку (120 годин після висіву насіння), крива одновершинна, поступово вирівнюється. У тростянецького – дві вершини о 24 та 16 годині (112 та 152 години від висіву насіння відповідно), перша має платоподібний вигляд, друга – виражена яскраво. У брянського походження виявлено один пік – о 8 годині (120 годин після висіву). Таким чином, характер кривих динаміки МІ в усіх кліматипів різний.

Рис. 2. Динаміка мітотичної активності апікальних меристем кліматипів сосни звичайної І та ІІ поколінь.

Майже в усіх походжень спостерігається дві хвилі МІ – на початку проростання насіння (104-144 години після висіву) та на 152 – 168 години. Різна часова локалізація піків пов'язана, на нашу думку, з генетично закріпленими відмінностями кліматипів, які могли сформуватися ще у материнських популяціях під впливом окремих екологічних та кліматичних умов.

Можна припустити, що для досліджених кліматипів сосни звичайної характерна різна тривалість мітотичного циклу. Підтвердженням цього може бути різниця часу між піками мітотичної активності, наприклад, в архангельському кліматипі вона складає 48 годин, у саратовському – 32 години, у кокчетавському та в'ятському – 24 години. Також треба відмітити, що найяскравіше вирізняються південні та північні походження сосни звичайної. На нашу думку, це може бути пов'язано з багатьма факторами, зокрема з різною фотоперіодичною реакцією кліматипів. Це підтверджується тим, що сосна південного походження росте в районах короткого дня (12 годин), північного – в районах довгого дня (24 години), з поступовим переходом між ними [Л.Ф.Правдин, 1964].

В дисертаційній роботі зроблено порівняння динаміки мітотичної активності клітин апікальних меристем першого та другого поколінь різних кліматипів сосни звичайної. Аналізуючи динаміку мітотичного індексу клітин у ІІ поколінні, слід відзначити різний характер кривих (див. рис.2). Значення МІ в усіх походжень дещо нижчі, ніж у І поколінні. При цьому в усіх випадках відбувається синхронізація першої хвилі мітозів, і простежується, що криві мають більш вирівняний характер, порівняно з першим поколінням. Такий характер кривих динаміки мітотичної активності, цілком імовірно, є відбитком двох етапів природного відбору (у першому та другому поколіннях географічних культур), в результаті якого виживали пристосовані генотипи.

Кореляційний аналіз показників мітотичної активності виявив і в першому, і в другому поколіннях тенденцію до залежності середнього значення МІ від географічної широти регіону походження насіння (r= -0,630 – для першого покоління, r= -0,462 – для другого покоління). Виявлено позитивну кореляцію мінімального значення МІ та географічної широти регіону материнського насадження як у І, так і у ІІ поколінні. Таким чином, вже навіть на рівні росту апікальних меристем проростків насіння підтверджується факт, що широта регіону збору насіння більше впливає на ріст кліматипів сосни звичайної, ніж інші географічно-кліматичні характеристики.

Проведення обліку мітозів за фазами дозволило визначити, що для всіх кліматипів І та ІІ поколінь спостерігається перевага кількості клітин у профазі, ніж у інших фазах мітозу. У походжень, материнські популяції яких ростуть у межах безперервного ареалу сосни звичайної відсоток профаз у пікових точках вищий, ніж у походжень, що належать до острівних популяцій (винятком є лише архангельське походження). При аналізі кількісного співвідношення фаз мітозу у першому та другому поколіннях, можна визначити, що середній відсоток клітин у профазі в обох поколіннях географічних походжень майже однаковий, а середній рівень мета-, ано-, та телофаз в усіх походженнях другого покоління (за винятком архангельського) дещо нижчий, ніж у першому поколінні.

Для виявлення зв'язку швидкості ростових процесів різних географічних походжень сосни звичайної на досліджених біологічних рівнях (цитологічному та таксаційному) було проведено кореляційний аналіз показників проліферативної активності апікальної меристеми проростків насіння та середніх значень висот, діаметрів та об'ємів стовбурів дерев. Виявлено тенденцію до позитивної кореляції між середньою висотою дерева та коефіцієнтом фаз мітозу (відношення про- і метафаз до ано- та телофаз) – r=0,720, а також профазним індексом (частка клітин у профазі від загальної кількості клітин, що діляться) – r=0,738. Таким чином, що більша активність проліферації клітин, то більша швидкість росту всієї рослини, тобто особливості інтенсивності росту різних кліматипів сосни звичайної проявляються вже на рівні апікальних меристем.

Проведені комплексні дослідження різних кліматипів сосни звичайної в географічних культурах та виявлені кореляційні зв'язки таксаційних та цитологічних показників (таблиця) дозволили зробити наступні узагальнення.

Характеристики життєздатності пилку та енергії проростання насіння можна використовувати для прогнозу пристосованості різних кліматипів сосни звичайної до нових умов і майбутньої продуктивності її насаджень у молодому віці (коли дерева починають продукувати пилок та насіння). Показники проліферативної активності клітин апікальних меристем проростків насіння можна застосовувати як маркерні ознаки швидкості росту різних географічних походжень сосни звичайної на ранніх етапах розвитку.

Таблиця – Характеристики кореляційних зв'язків таксаційних та цитологічних показників

Середні таксаційні Характеристики життєздатності пилку Енергія проростання Показники проліфераційної активності клітин

показники максимальні значення середні значення насіння профазний індекс коефіцієнт фаз

Висота 0,509 0,466 0,712 0,738 0,720

Діаметр 0,541 0,523 0,620 0,223 0,357

Об'єм стовбура 0,614 0,548 0,728 0,478 0,563

Вивчення внутрішньовидової мінливості сосни звичайної на різних рівнях – лісівничо-таксаційному та цитологічному – підтвердило та доповнило результати досліджень, які вже було одержано, а також виявило нові біологічні зв'язки на сучасному методичному рівні. Комплексний підхід розширив діапазон досліджень мінливості сосни звичайної в географічних культурах, а також дозволив поглибити наші уяви про закономірності процесів встановлення та збереження біорізноманіття цієї деревної породи.

ВИСНОВКИ

1. Теоретично обгрунтовано доцільність комплексного підходу до вивчення внутрішньовидової мінливості сосни звичайної в географічних культурах на фенотипічному та цитологічному рівнях для визначення та подальшого застосування маркерних ознак з метою прогнозування на ранніх етапах розвитку швидкості росту та продуктивності насаджень.

2. Дослідження лісівничо-таксаційних характеристик різних кліматипів сосни звичайної і цитологічних показників їх пилку й насіння в географічних культурах І та ІІ поколінь виявило наявність внутрішньовидової мінливості на усіх вивчених біологічних рівнях.

3. Підтверджено спадковість географічної мінливості таксаційних ознак сосни звичайної. Кращим ростом та станом у І поколінні географічних культур в 70-річному віці вирізняються місцеве (тростянецьке) та бобруйське походження сосни звичайної, гіршим – кокчетавське та архангельське. Кращими в географічних культурах ІІ покоління у 30-річному віці виявлено місцеве та бобруйське походження, гіршими – кокчетавське, архангельське та грузинське. Кореляційним аналізом таксаційних показників з деякими географічно-кліматичними характеристиками регіону походження насіння підтверджено положення, що переміщення кліматипів у широтному напрямку більше впливає на ріст культур ніж переміщення за довготою.

4. Селекційно-таксаційними дослідженнями визначено, що бобруйське походження в умовах географічних культур перевищує місцеву сосну як у І поколінні (у 70-річному віці), так і у ІІ поколінні (в 30-річному віці), що свідчить про правомірність його подання до державного сортовипробування як сорту-популяції.

5. Виявлено значну внутрішньовидову мінливість пилку сосни звичайної в географічних культурах за його життєздатністю, фертильністю, морфометричними та гістохімічними показниками. Кращою життєздатністю пилку вирізняються місцевий, брянський, бобруйський, полоцький та грузинський кліматипи. Коефіцієнти варіації морфометричних показників пилку, порівняно з іншими, низькі (від 1,91 до 11,69), що свідчить про більшу стабільність цих характеристик для різних географічних походжень сосни звичайної. Загальна довжина пилкового зерна зменшується з півночі на південь.

6. Дослідження залежності життєздатності пилку від наявності крохмалю в ньому дозволили запропонувати експрес-метод попереднього прогнозування рівня життєздатності, який може бути застосований при внутрішньо- та міжвидовій гібридизації сосни звичайної.

7. Кращою схожістю насіння в лабораторних умовах у І поколінні вирізняються місцеве та брянське походження, гіршою – архангельське; у ІІ поколінні найкраща схожість насіння у тростянецького кліматипу, найгірша – в архангельського. Це свідчить про наявність мінливості життєздатності насіння різних кліматипів сосни звичайної в географічних культурах. Спостерігається певний материнський ефект в успадкуванні географічної мінливості життєздатності насіння – коефіцієнт кореляції між показниками абсолютної життєздатності насіння у І та ІІ поколіннях дорівнює 0,856.

8. Вперше визначено внутрішньовидову мінливість сосни звичайної різного географічного походження на рівні апікальних меристем проростків насіння. Характер динаміки мітотичної активності у різних кліматипів сосни звичайної І покоління має значні відмінності. Найбільше вирізняються крайні кліматипи: південний (грузинський) та північний (архангельський). Мітотична активність клітин апікальної меристеми у І поколінні у всіх кліматипів вища, ніж у ІІ поколінні. Різниці динаміки мітотичного індексу у ІІ поколінні за рахунок перехресного запилення нівелюються. Мітотична активність клітин знижується з півдня на північ.

9. Розроблено науково обгрунтовану систему показників для визначення біологічних зв'язків між дослідженими таксаційним та цитологічним рівнями. Вперше виявлено зв'язки таксаційних показників різних кліматипів сосни звичайної з характеристиками їх пилку та насіння. Встановлено тенденцію до залежності життєздатності пилку з таксаційними характеристиками походжень; зв'язок між енергією проростання насіння та об'ємом стовбура середнього дерева (r=0,728); тенденцію до зв'язку між показниками проліфераційної активності клітин (профазним індексом і коефіцієнтом фаз) та середньою висотою (r=0,738 та 0,720 відповідно). Це дає підстави запропонувати показники життєздатності пилку та мітотичної активності апікальних меристем проростків насіння як маркерні ознаки для прогнозування на ранніх етапах розвитку пристосованості популяцій до нових умов, а також швидкості росту та якості насаджень сосни звичайної.

10. Вивчення внутрішньовидової мінливості на таксаційному та цитологічному рівнях дозволило провести у географічних культурах селекційний відбір кращих популяцій (за комплексом ознак) сосни звичайної. Поряд з місцевим - це кліматипи із західної частини Європейської Росії та з Білорусі: брянський, бобруйський, полоцький. Ці популяції можна рекомендувати для створення лісових культур сосни звичайної в Лівобережному Лісостепу України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Дешко Л.О. Полінологічні дослідження в географічних культурах сосни звичайної.// Науковий вісник національного аграрного університету. – К.: Національний аграрний університет. – 1999.– Вип. 17. – С. 329-332.

2. Кириченко О.І., Дешко Л.О. Вивчення пилку сосни звичайної у географічних культурах. // Лісівництво та агролісомеліорація. – Харків: РВП "Оригінал". – 1999. – Вип. 96.– С. 47-51. (Збирання, обробка та аналіз матеріалу, написання статті).

3. Патлай І.М., Дешко Л.О. Мінливість пилку сосни звичайної різного географічного походження // Вісник ХДАУ. – Харків: ХДАУ. – 1999. – № 4. – С. 113-121. (Збирання, обробка та аналіз матеріалу, написання статті).

4. Дешко Л.О. Результати дослідження географічних культур сосни звичайної в 70-тирічному віці // Лісівництво і агролісомеліорація. – Харків: РВП "Оригінал". – 2000. – Вип. 97. – С. 78-84.

5. Дешко Л.О. Мітотична активність клітин апікальної меристеми проростків насіння сосни звичайної різного географічного походження.// Зб."Актуальні проблеми сучасної науки у дослідженнях молодих вчених м. Харкова". – Харків: АТ "Бізнес Інформ". – 1998. – С. 164–168.

Анотація

Дешко Л.О. Внутрішньовидова мінливість сосни звичайної в географічних культурах за цитологічними показниками. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.03.01 – лісові культури, селекція, насінництво. Український науково-дослідний інститут лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М. Висоцького, Харків, 2001.

Обгрунтовано необхідність вивчення внутрішньовидової мінливості лісівничо-таксаційних та цитологічних показників сосни звичайної в географічних культурах, що дозволяє відібрати за комплексом ознак найперспективніші кліматипи. Досягнута головна мета дисертаційної роботи - розроблено методичні основи застосування цитологічних досліджень для виявлення та прогнозування мінливості сосни звичайної на різних біологічних рівнях, а також відбору кращих популяцій.

Вперше проведено цитологічні дослідження пилку та насіння сосни звичайної в географічних культурах І та ІІ поколінь. Розроблено науково обгрунтовану систему показників для визначення біологічних зв'язків між дослідженими таксаційним та цитологічним рівнями. Системний підхід до вивчення внутрішньовидової мінливості дозволив провести у географічних культурах селекційний відбір кращих за комплексом показників популяцій сосни звичайної. Відібрані кращі кліматипи можна рекомендувати для створення високопродуктивних лісових насаджень сосни звичайної.

Ключові слова: внутрішньовидова мінливість, географічні культури, сосна звичайна, таксаційні показники, цитологічні показники пилку та насіння, мітотична активність клітин, маркерні ознаки.

Аннотация

Дешко Л.А. Внутривидовая изменчивость сосны обыкновенной в географических культурах по цитологическим показателям. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.03.01. – лесные культуры, селекция, семеноводство. Украинский научно-исследовательский институт лесного хозяйства и агролесомелиорации им. Г.Н. Высоцкого, Харьков, 2001.

Исследование внутривидовой изменчивости сосны обыкновенной, одной из главных лесообразующих пород Украины, имеет исключительно важное значение для выявления и сохранения её биоразнообразия. В связи с этим, теоретически обоснована необходимость изучения внутривидовой изменчивости лесоводственно-таксационных и цитологических показателей сосны обыкновенной в географических культурах, что позволяет производить отбор наиболее перспективных климатипов по комплексу признаков. Достигнута главная цель диссертационной работы - разработаны методические основы применения цитологических исследований для выявления и прогнозирования изменчивости сосны обыкновенной на различных биологических уровнях, а также отбора лучших популяций. При этом впервые цитологическими методами изучена изменчивость пыльцы и семян сосны обыкновенной в географических культурах I-го и ІІ-го поколений.

Лучшим ростом и состоянием в І поколении географических культур в 70- летнем возрасте отличаются местное (тростянецкое) и бобруйское происхож-дения, худшим - кокчетавское и архангельское. Лучшими в географических культурах II поколения в 30-летнем возрасте выделены местное и бобруйское происхождения, худшими - кокчетавское, архангельское и грузинское. Таким образом, подтверждена наследственность географической изменчивости таксационных характеристик сосны обыкновенной.

Исследована внутривидовая изменчивость пыльцы разных климатипов сосны обыкновенной по её жизнеспособности, фертильности, морфометрическим и гистохимическим показателям. Лучшей жизнеспособностью пыльцы отличаются местное, брянское, бобруйское, полоцкое и грузинское происхож-дения. Определена стабильность морфометрических показателей пыльцевых зерен для различных климатипов сосны обыкновенной. При этом общая длина пыльцевого зерна уменьшается с севера на юг.

Выявлен значительный уровень изменчивости жизнеспособности семян и наблюдается определенный материнский эффект в наследовании географической изменчивости всхожести семян -