Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
На правах рукописи
РЕДЬКИНА НИНА НИКОЛАЕВНА
| оптимизация сохранения биологического разнообразия лекарственных растений на популяционной основе |
Специальность 03.00.05 - ботаника
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Оренбург 2008
Работа выполнена в Сибайском институте (филиале) Башкирского государственного университета
Официальные оппоненты: | доктор биологических наук, профессор Кулагин Алексей Юрьевиич доктор биологических наук Политов Дмитрий Владиславович доктор биологических наук, профессор Соловых Галина Николаевна | |
| Ведущая организация: | Институт экологии Волжского бассейна РАН |
Защита состоится 25 декабря 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.180.02 при ГОУ ВПО Оренбургский государственный педагогический университет по адресу: 460844, г. Оренбург, ул.Советская, 19; тел. (факс) (3532) 77-24-52. E-mail: ibrae@ospu.esoo.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского государственного педагогического университета.
Автореферат разослан л___ _____________ 2008 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Мушинская Н.И.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В последнее время особо возрастает интерес к лекарственным средствам из растений (Joy et al., 2001). Около 80 % мирового населения применяет растительные препараты (Medicinal plantsЕ, 2004). Из 250000-500000 видов высших сосудистых растений планеты (Aylward, 1993) около 80000 имеют лекарственное значение (Farnsworht, Soejarto, 1988). Однако лишь 0.5 % из них прошли скрининг на выявление лекарственных свойств (Biodiversity and humanЕ, 1997). С другой стороны, использование лекарственных растений в будущем может быть существенно ограничено в связи с проблемой снижения биоразнообразия (Коропачинский, 1997; Прохоров, 2004). Прогнозируется (The conservationЕ, 1991) увеличение числа видов растений, находящихся под угрозой исчезновения, от 18 тысяч в настоящее время до 60 тысяч к середине нынешнего столетия. Лекарственные растения среди них составят большую часть, так как являются категорией, особо уязвимой вследствие интеннсивной, нерациональной, недостаточно контролируемой заготовки сырья (Лекарственные растения Е, 1991).
При решении проблем сохранения биоразнообразия основное внимание уделяется охране видового богатства (Стратегия Е, 2003). Внутривидовая изменчивость, обеспечивающая в условиях трансформации окружающей среды потенциал для адаптации на популяционном уровне, изучена недостаточно, особенно с применением информативных методов (Политов, 2007). Без этого разработка эффективных мер охраны лекарственных растений ex situ затруднительна (Peters, 1994). При введении в культуру лекарственных растений - мере, являющейся крайне необходимой в условиях быстрого истощения дикорастущих ресурсов (Мулдашев и др., 2008) - учет разнообразия природных популяций является также важным (Frankham, 1995). Однако, и при сохранении и использовании биологических ресурсов ex situ это концептуальное положение практически не принимается во внимание, что приводит ко множеству отрицательных последствий (Алтухов, 1995). Недостаточная теоретическая разработанность популяционного подхода к сохранению ресурсов лекарственных растений и нехватка экспериментальных данных в этой области обусловили актуальность диссертационной работы.
Цель работы Ц на основе изучения внутривидовой изменчивости лекарственных растений разработать принципы, пути и формы сохранения популяционного разнообразия и рационального использования их ресурсов.
Для достижения поставленной цели поэтапно решались следующие основные задачи:
1. Исследовать, с применением молекулярных маркеров, структуру популяций ряда видов лекарственных растений Южного Урала, представляющих различные категории по биоэкологическим свойствам и характеристикам ареалов;
2. Выявить факторы и механизмы формирования популяционного разнообразия исследуемых видов;
3. Разработать принципы, методы и меры охраны генофонда изученных видов лекарственных растений в естественных местообитаниях на популяционной основе;
4. Предложить, на основе изучения популяционного разнообразия в природных условиях, меры по научно обоснованному введению в культуру на примере ряда лекарственных растений.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Эффективный и научно обоснованный выбор приоритетов, путей и форм охраны ресурсов лекарственных растений в природных местообитаниях возможен на основе популяционного подхода и при учете уровней внутри- и межпопуляционного разнообразия, выявляемых при помощи молекулярных маркеров.
2. Существующие меры охраны in situ не могут эффективно обеспечивать предотвращение деградации генофонда популяций у многих видов лекарственных растений с узкими ареалами. В таком случае необходима их комплексная защита - не только в природных условиях (в т.ч. в особо охраняемых природных территориях), но и путем сохранения популяционного разнообразия ex situ. При этом особенно перспективно создание искусственных популяций с последующей их реинтродукцией в естественные местообитания.
3. Введение лекарственных растений в культуру без учета внутри- и межпопуляционной подразделенности природных популяций и специфики их внутривидовой изменчивости, узость исходной генетической базы приводят к формированию в условиях ex situ искусственных популяций с измененным генофондом.
4. Оптимизация cохранения генофонда и неистощительного использования видов лекарственных растений с преимущественно вегетативным размножением возможна за счет создания ex situ коллекций, обладающих высоким клоновым разнообразием и широкой базой для проведения селекционных работ.
Научная новизна полученных результатов. Впервые с использованием молекулярных маркеров изучена популяционная структура василистника малого Thalictrum minus L., василистника простого T. simplex L., вишни кустарниковой (степной) Cerasus fruticosa Pall., девясила высокого Inula helenium L., живокости уральской Delphinium uralense Nevski, можжевельника казацкого Juniperus sabina L., пиона гибридного Paeonia hybrida Pall., солодки Коржинского Glycyrrhiza korshinskyi Grig. Охарактеризована связь между уровнем популяционного разнообразия изученных видов и демографическими параметрами их популяций, деградацией и фрагментацией местообитаний, биоэкологическими особенностями видов (соотношением вегетативного и семенного размножения, объемами, плотностью и численностью популяций и др.). Доказано, что для предотвращения деградации популяционной структуры изученных видов лекарственных растений с узкими ареалами мер охраны in situ недостаточно, в связи с чем выдвинуты предложения по сохранению растительных ресурсов ex situ. Выявлены и проанализированы особенности формирования популяционного разнообразия лекарственных растений при введении их в культуру (на примере эхинацеи пурпурной Echinacea purpurea (L.) Moench., эхинацеи узколистной Е. angustifolia DC., левзеи сафлоровидной Rhaponticum carthamoides (Willd.) Jljin). Научно обоснована приоритетность популяционного подхода к сохранению биоразнообразия лекарственных растений.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Результаты исследований могут быть использованы Министерством природных ресурсов РФ, Федеральным агентством лесного хозяйства РФ, ботаническими садами, в том числе при разработке и реализации программ и планов управления особо охраняемыми природными территориями (ООПТ) и оптимизации их деятельности. Полученные результаты и выводы рекомендуются для практических работ по сохранению биологического разнообразия лекарственных растений, определения приоритетов при охране их ресурсов in situ, с целью сохранения и рационального использования ex situ (в т.ч. при интродукции). Научные выводы работы и рекомендации актуальны для проведения мониторинга популяционного разнообразия видов в экосистемах Южного Урала. Теоретические и практические результаты исследований используются при преподавании учебных дисциплин и специальных курсов студентам в Сибайском институте Башкирского государственного университета и рекомендуются в аналогичных целях для высших учебных заведений на специальностях биологических и медицинских направлений (ботаника, экология, фармакогнозия и др.). По результатам исследований видов рода Empetrum L. разработан способ получения лекарственного средства, обладающего противосудорожным действием (патент № 1647966 РФ от 18.12.92), положенный в основу производства препарата Эмпетрин на Томском химфармзаводе.
Связь работы с научными программами. Работа выполнялась в рамках Комплексной целевой программы СО АМН СССР Здоровье человека в Сибири, № госрегистрации 01.85.0069847 (1986-1990 г.г.), Межправительственного договора о сотрудничестве между РФ и ФРГ в области аграрных исследований (2007-2008 г.г.), по грантам и программам Академии наук Республики Башкортостан (РБ) Внутривидовое разнообразие рода Delphinium L. на Южном Урале как источника дитерпеновых алкалоидов (1999Ц2001 г.г.); Устойчивость и биоразнообразие экосистем юго-востока Республики Башкортостан (2002 г.); Формирование стратегии комплексного освоения месторождений цветных металлов в Башкирском Зауралье (2005 г.); Биоразнообразие естественных и антропогенных экосистем как индикатор их состояния и объект охраны - изучение генофонда можжевельника казацкого в Башкирском Зауралье и разработка мер по его сохранению (2006-2007 г.г.), гранту на участие в международной научной конференции С эхинацеей в третье тысячелетие (Украина, Полтава, 7-11 июля 2003 г.). Часть исследований проводилась в рамках Программ фундаментальных исследований ОБН РАН Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами (тема Выявление перспективных растений-алкалоидоносов и их распространение во флоре Южного Урала, госконтракт № 10002-251/ОБН-2/151-450/260503-189 (2003Ц2005 г.г.) и Биологические ресурсы России: фундаментальные основы рационального использования (тема Оценка биоресурсного потенциала алкалоидоносной флоры Южного Урала) (2006Ц2008 г.г.).
ичный вклад автора состоит в разработке программы исследований, определении методологических и методических подходов, выборе объектов, планировании, организации и проведении полевых и лабораторных исследований. Обработка, обобщение и интерпретация представленных в диссертационной работе результатов, их сопоставление с литературными сведениями, разработка теоретических положений, подготовка практических рекомендаций и публикаций, написание и оформление текста диссертации проведены лично автором работы. Результаты части исследований, проведенных совместно с соискателями и аспирантами автора диссертации, опубликованы, и ссылки на них приведены в соответствующих разделах работы.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены и доложены на научных конференциях Актуальные проблемы фармакологии и поиска новых лекарственных препаратов (Томск, 1984), Лекарственные растения в традиционной и народной медицине (Улан-Удэ, 1987), Научно-технический прогресс в медицине и биологии (Томск, 1988), Вторая республиканская конференция по медицинской ботанике (Киев, 1988), Актуальные вопросы клинической и теоретической медицины (Томск, 1989); на международных научных конференциях: Dynamics and conservation of genetic diversity in forest ecosystems (Strasbourg, France, 2002), С эхинацеей в третье тысячелетие (Полтава, Украина, 2003), Приоритет России 21 века: от биосферы и техносферы к ноосфере (Пенза, 2003), Города России: проблемы строительства, инженерного строительства, благоустройства и экологии (Пенза, 2005), Актуальные проблемы ветеринарной медицины и производства продукции животноводства и растениеводства (Троицк, 2006), Сучаснi науковi дослiдження-2006 (Днепропетровск, Украина, 2006), Современные проблемы природопользования, охотоведения и звероводства (Киров, 2007), Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства (Пенза, 2007), "Растительный мир и его охрана" (Алма-Ата, Казахстан, 2007), Наука, образование, производство в решении экологических проблем Экология-2007 (Уфа, 2007), Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи (Сибай, 2007), Промислова ботаника: стан та перспективи розвитку (Донецк, Украина, 2007), Рациональное использование и воспроизводство лесных ресурсов в системе устойчивого развития (Гомель, Белоруссия, 2007), Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России (Пенза, 2008), Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий (Оренбург, 2008), Природное наследие России в 21 веке (Уфа, 2008); на всероссийских конференциях: Новые лекарственные препараты растений Сибири и Дальнего Востока (Томск, 1986), Новые лекарственные препараты растений Сибири и Дальнего Востока (Томск, 1989), Актуальные вопросы разработки, производства и применения иммунобиологических и фармацевтических препаратов (Уфа, ГУП Иммунопрепарат, 2000), Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур (Пенза, 2003, 2008), Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном производстве (Киров, 2007), vi сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу (Томск, 2007), Экология человека: концепция фактора риска, экологической безопасности и управления рисками (Пенза, 2007); на межрегиональной научно-практической конференции Роль особо охраняемых природных территорий в решении экологических проблем (Йошкар-ола, 2008); на региональной конференции Современные направления изучения флоры и растительности (Бирск, 2005), перед участниками круглого стола Экономические и экологические проблемы горнодобывающих предприятий Башкирского Зауралья (Москва - Сибай, 2007), на региональных конференциях Неделя науки и итоговых научных конференциях Сибайского института Башкирского государственного университета (Сибай, 2001, 2003, 2004, 2006, 2007, 2008) и др.
Публикации. Автором по теме диссертационной работе опубликовано 75 научных работ. В их числе 2 монографии (одна из них в соавторстве), 18 статей в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК для опубликования научных результатов диссертаций, а также патент.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и выводов. Она изложена на 370 машинописных страницах, содержит 58 таблиц и 52 рисунка. Список литературы включает 493 источника, в том числе 320 - иностранных.
Благодарности. На начальных этапах работы полезной оказалась поддержка коллег из Томского медицинского института, впоследствии - из ГУП Иммунопрепарат, Институтов химии (д.х.н. У.М. Джемилев, В.Р. Султанмуратова) и биологии Уфимского научного центра РАН (д.б.н. А.Ю. Кулагин, д.б.н. Н.И. Федоров, и к.б.н. А.А. Мулдашев), Ботанического сада-института УНЦ РАН (д.б.н. В.П. Путенихин) и Сибайского института БашГУ (к.б.н. Р.Ю. Муллагулов). Автор благодарен сотрудникам Института лесной генетики из ФРГ: его директору д-ру Б. Дегену за предоставленную возможность изучения с применением ДНК-маркеров ряда видов растений в рамках данной работы, Ю. Бушбом за техническую помощь в их выполнении,
д-ру Ф. Шольцу | за содействие в представления результатов диссертации в |
ряде международных форумов. Основная часть экспериментов проведена в лаборатории популяционной биологии Сибайского института БашГУ, созданной и руководимой д.б.н. Ю.А. Янбаевым, которому автор приносит особую признательность за неоценимую консультативную помощь на всех этапах работы. Также выражается искренняя благодарность основным соавторам по публикациям.
Основное СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Состояние проблемы охраны лекарственных растений и рационального использования их ресурсов
Выполнен критический анализ научной литературы по теме диссертационной работы. Показано значение лекарственных растений в медицине и других отраслях хозяйства, социально-экономическая необходимость сохранения их биоразнообразия, проведен обзор существующих проблем в этой области. Проанализирована эффективность существующих мер по охране лекарственных растений в природных местообитаниях (Chape et al. 2003), признаваемой наиболее действенной, особенно в условиях России (Мамаев и др., 1994). Однако отмечено, что повышение ее эффективности лишь за счет роста числа ООПТ проблематично, главным образом из-за экономических причин и трансформации природной среды (Barrance 1999). Необходимая численность и размеры охраняемых территорий превышают современные экономические, организационные и научные возможности. Число видов, требующих сохранения, слишком велико, чтобы включить их в имеющиеся программы (Sutherland, 2001). Основная их часть находится вне охраняемых территорий (Heywood, Dulloo, 2005). Для большинства видов отсутствуют или фрагментарны ботанические, экогеографические и популяционные данные (Holsinger, Gottlieb, 1991). Недостаточно проводится мониторинг состояния охраняемых растений (WWFЕ, 2004).
Использование природных популяций не сможет обеспечивать возрастающие потребности фармацевтической промышленности неограниченно долго (Peters, 1994; Iqbal, 1993). Поэтому необходима многоуровневая стратегия сохранения ресурсов лекарственных растений. Все острее встает задача увеличения доли сырья, заготавливаемого в условиях культуры (Lambert et al., 1997; Heywood, Dulloo, 2005) - это позволяет снизить нагрузку на природные популяции (Anon, 2002). Для сохранения генофонда растений ex situ используется широкий круг методов и подходов (Буданцев, 1996; Мулдашев и др., 2008; Fassil, Engels, 1997), имеющих, тем не менее, существенные недостатки (Heywood, 1990; Тихонова, 1992; Коропачинский, 1997; Прохоров, 2004).
Популяционный уровень является наименее разработанным в области сохранения биоразнообразия растений (Fallon, 2007), особенно лекарственных. Однако он может быть эффективно исследован с применением молекулярных маркеров (Политов, 2007), помогая ответить, в частности, на такие вопросы: в каких регионах, какие популяции и сколько из них должны быть сохранены (Hodgkin, 1997; Caujape-Castells, Pedrola-Monfort, 2004)? К сожалению, большинство этих исследований проведены за рубежом (см. обзор: Янбаев, Байрамгулов, Редькина, 2007). В России работы в этой области единичны (Беляев, Вербжицкий, 2003; Беляев, Васфилова, 2004).
На основе анализа литературных данных разработана концепция, цели и задачи, а также программа исследований.
Глава 2. Регион, объекты и методы исследований
Дана характеристика природно-климатических условий и ботанико-географического районирования основного региона исследований - Южного Урала (по публикациям П.Л. Горчаковского, И.М. Крашенинникова, С.Е. Кучеровской-Рожанец, А.Х. Мукатанова, Г.В. Попова, С.Н. Тайчинова, Х.Я. Тахаева и др.), состояния биоразнообразия и мер по его сохранению в природных условиях и при интродукции. Южный Урал выделяется высоким биологическим разнообразием и входит в этом отношении в число приоритетных территорий мира (WWF, 2000). На сравнительно небольшой площади соседствуют степные, лесостепные, лесные, таежные, субальпийские и тундровые ландшафты в их относительной целостности. На Южном Урале проходит восточная и южная границы многих видов растений, а растительность региона, обладающая высоким видовым разнообразием и широким спектром эндемичных растений, имеет богатую историю развития. В РБ накоплен значительный опыт по изучению флоры, ее охране. В Республике представлены все основные формы ООПТ, предусмотренные законодательством России. Однако проблема разработки комплекса мер по сохранению биоресурсов и оптимизации природопользования, в том числе в отношении лекарственных растений, стоит в регионе достаточно остро.
Объектами исследования являлись 25 видов лекарственных растений (10 семейств, 184 выборки) из природных популяций Южного Урала и других регионов России, а также введенных в культуру в РБ. Большинство из них являются аборигенными для Южного Урала. Одни из них - официнальные, другие используются в народной медицине или имеют потенциальное лекарственное значение и изучаются с целью разработки новых фитопрепаратов. Перечисленные ниже виды исследованы нами в разносторонних аспектах в соответствии с поставленными задачами по следующим основным направлениям.
1. Изучение популяционного разнообразия, выявление зависимости его параметров и уровня межпопуляционной дифференциации от эколого-географической структуры ареалов, биоэкологических свойств видов и состояния популяций (борец северный Aconitum lycoctonum L. (Ranunculaceae), Thalictrum minus L., Thalictrum simplex L. (Ranunculaceae), водяника обоеполая Empetrum hermaphroditum (Lge.) Hagerup. (Empetraceae), Cerasus fruticosa Pall. (Rosaceae), Inula helenium L. (Asteraceae), дуб черешчатый Quercus robur L. (Fagaceae), живокость высокая Delphinium elatum L. (Ranunculaceae), Rhaponticum carthamoides (Willd.) Jljin (Asteraceae), Juniperus sabina L. (Cupressaceae), родиола иремельская Rhodiola iremelica Boriss. (Сrassulaceae), Glycyrrhiza korshinskyi Grig. (Fabaceae).
2. Выделение популяций и их групп, обладающих локальной структурой, у видов с широкими эколого-географическими ареалами (Aconitum lycoctonum, Thalictrum minus, Thalictrum simplex, Cerasus fruticosa, Quercus robur, Delphinium elatum, Juniperus sabina).
3. Изучение формирования популяционного разнообразия видов растений:
- обладающих комбинированным (семенным и вегетативным) способом размножения (Cerasus fruticosa, Juniperus sabina, Rhodiola iremelica, Glycyrrhiza korshinskyi);
- имеющих узкий фрагментированный ареал (живокость уральская Delphinium uralense Nevski, Rhodiola iremelica, Paeonia hybrida Pall. (Paeoniaceae), Glycyrrhiza korshinskyi);
- в изолированных популяциях с небольшой численностью и/или плотностью особей (Inula helenium, Quercus robur, Delphinium uralense, Rhodiola iremelica, Glycyrrhiza korshinskyi, Paeonia hybrida, сосна обыкновенная Pinus sylvestris L. (Pinaceae);
- при введении в культуру (Inula helenium, Rhaponticum carthamoides, расторопша пятнистая Silybum marianum (L.) Gaerth. (Asteraceae), Echinacea purpurea (L.) Moench., Echinaceа angustifolia DC (Asteraceae));
4. Уточнение с применением изоферментных маркеров таксономического статуса объектов, требующих сохранения и использования in situ и ex situ (Thalictrum minus, Thalictrum simplex, Delphinium uralense, живокость сетчатоплодная Delphinium dictyocarpum DC. , Juniperus sabina, можжевельник обыкновенный Juniperus communis L, можжевельник сибирский Juniperus sibirica Burgsd., Paeonia hybrida, Echinacea purpurea, Echinacea angustifolia).
5. Разработка практических вопросов расширения сырьевой базы лекарственных растений (Echinacea purpurea, Echinacea angustifolia, Empetrum hermaphroditum, водяника черная Empetrum nigrum L., водяника субголарктическая Empetrum subholarcticum V. Vassil., водяника сибирская Empetrum sibirica V. Vassil.).
Полевые исследования проводились с использованием традиционных методов, применяемых в ботанике, экологии, популяционной генетике и смежных научных дисциплинах. В роли основного метода лабораторных анализов выбран полиакриламидный диск-электрофорез изоферментов в щелочном разделяющем геле (Ornstein, 1964; Davis, 1964). Для гистохимического выявления ферментов в гелях после электрофореза использовали методы (см: Корочкин и др., 1977; Manchenko, 1994), адаптированные к объектам исследований. В качестве молекулярных маркеров использовали изоферменты аланинаминопептидазы (AAP, 3.4.11.2), алкогольдегидрогеназы (АDH, 1.1.1.1), аспартатаминотрансферазы (ААТ, кодовый номер фермента 2.6.1.1), глутаматдегидрогеназы (GDH, 1.4.1.2), диафоразы (DIA, 1.6.4.3), кислой фосфатазы (APH, 3.1.3.2), лейцинаминопептидазы (LAP, 3.4.11.1), малатдегидрогеназы (MDH, 1.1.1.37), малик-энзима (МЕ, 1.1.1.40), НАДН-дегидрогеназы (NADHDH, 1.6.99.1.), неспецифических эстераз (EST, 3.1.1Е), супероксиддисмутазы (SOD, 1.15.1.1), флуоресцентной эстеразы (FE, 3.1.1.1Е), формиатдегидрогеназы (FDH, 1.2.1.2), 6-фосфоглюконатдегидрогеназы (6-PGD, 1.1.1.44) и шикиматдегидрогеназы (SKDH, 1.1.1.25). Перечень использованных локусов приведен при описании в автореферате результатов исследований.
Популяционное разнообразие некоторых видов осуществлялся также с использованием ДНК-маркеров. Лабораторная часть работы выполнена в Институте лесной генетики Федерального научно-исследовательского центра лесного хозяйства и лесной промышленности Германии. ДНК из листьев Cerasus fruticosa выделяли согласно методике (Dumolin et al., 1995). Амплификация произведена для 8 микросателлитных локусов: UDP96_001, UDP98_021, UDP98_410, UDP98_411, UDP98_412, UDP96_005, BPPCT_034, BPPCT_040 (Testolin et al. 2000; Dirlewanger et al. 2002; Schueler et al., 2003). Проводили также автокорреляционный анализ полиморфизма 9 микросателлитных локусов хлоропластной ДНК Quercus robur (Lepais et al., 2006). ДНК из листьев материнских деревьев и зародышей также экстрагировали по протоколу (Dumolin et al., 1995). Для генотипирования использовались два набора праймеров (Lepais et al., 2006). Набор C включал праймеры девяти микросателлитных локусов QrZAG112, QrZAG96, QpZAG110 и QrZAG11, а набор D - локусов QrZAG87, QrZAG7, QrZAG20, QrZAG5b и QrZAG65.
Статистический анализ в диссертационной работе использовался для обработки данных полевых и камеральных исследований и разнообразных вариационных рядов при помощи стандартных методов, анализа наследования ферментов, определения отклонения наблюдаемых распределений генотипов в выборках от ожидаемых по правилу Харди-Вайнберга частот, сравнения выборок по частотам аллелей/генотипов и по разнообразным параметрам генетического разнообразия, определения уровня межвыборочной дифференциации, расчета пространственной структурированности аллозимов и ДНК-маркеров при помощи автокорреляционного анализа.
Стандартные статистические анализы выполнены при помощи программ УSTATISTICA 6.0Ф (версия 6.0.) и MS EXCEL. При анализе уровня изменчивости и дифференциации выборок применены показатели, наиболее часто используемые в популяционной генетике в последние два десятилетия, определяемые компьютерной программой BIOSYS-1 (Swofford, Selander, 1981). Измерение популяционного разнообразия аллозимных локусов осуществляли на трех иерархических уровнях - видовом, внутри- и межпопуляционном. Объемы использованных выборок в среднем составляли (кроме выполнения отдельных задач) 32 особи - 64 аллеля. Вычислялись число и частота аллелей ( и ), среднее их число , доля полиморфных локусов (в том числе с использованием критериев полиморфности - и ), наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность и , параметры -статистики Райта , и (Wright, 1969; Nei, 1977), расстояние М. Нея (Nei, 1972).
При определении статистической достоверности различий выборок, наблюдаемых и теоретически ожидаемых (по правилу Харди-Вайнберга) распределений генотипов использованы тесты и . Эти вычисления также осуществлены с использованием программы GSЕD (Gillet, 1998). С ее помощью выборки сравнивались по генотипическим частотам, определялись показатели внутрипопуляционного разнообразия , общей популяционной дифференциации , расстояние Грегориуса (Gregorius, 1974). Программа также использовалась для определения многолокусных генотипов (сортирования особей, обладающих одними и теми же аллозимами по всем использованным локусам) при выявлении клонового состава выборок.
Для определения пространственной структуры популяций с применением изоферментных и микросателлитных маркеров использована программа автокорреляционного анализа Spatial Genetic Software SGS (Visual Basic V. 5.0) д-ра Бернда Дегена из Института лесной генетики (Германия). В качестве меры сходства особей популяции выбраны индекс Морана и расстояние Грегориуса .
Глава 3. Популяционная структура видов ЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ с широкими ареалами
Thalictrum simplex L.1
У данного широко распространенного вида межпопуляционная дифференциация изучена по обнаруженным у него четырем полиморфным локусам в девяти местообитаниях - из Башкирского Предуралья, горно-лесной зоны РБ и Башкирского Зауралья. Состав генотипов является сбалансированным - лишь в одной популяции выявлены статистически достоверные на уровне <0.05 различия наблюдаемых и ожидаемых частот генотипов. В среднем =0.2500.011, на один полиморфный локус на популяцию выявлено 2.330.08 аллелей. Выборки по параметрам популяционного разнообразия различались слабо. Среднее расстояние Нея =0.0210.002, с изменениями от 0.005 до 0.065. На дендрограмме, построенной на его основе, максимальный уровень кластеризации составляет =0.031. В распределении на ней выборок нет каких-либо географических закономерностей. Доля изменчивости, приходящаяся на межпопуляционную компоненту, составила лишь 5.6 % (=0.056). Сходство генофондов популяций облегчает отбор объектов для использования ресурсов в природных местообитаниях без ущерба общему генофонду, а каждая из них при охране будет достаточно репрезентативно представлять популяционное разнообразие вида.
Thalictrum minus L2
.
Вид, местообитания которого относительно фрагментированы, а их экологическое разнообразие выражено сильнее, чем у T. simplex, имеет большее популяционное разнообразие. В каждом локусе обнаружены по 4 аллеля (в среднем на одну популяцию =2.40.16), ожидаемая гетерозиготность полиморфных локусов составила уже =0.284. Еще более выраженной является дифференциация популяций по частотам аллелей. Величина параметра межвыборочной подразделенностии (в среднем =0.087) варьирует по отдельным локусам от 0.056 до 0.103. Этот уровень выше, чем у видов с близкими биоэкологическими свойствами (Hamrick et al., 1992). Расстояние Нея среди выборок изменялось в пределах 0.004 - 0.092, составляя в среднем по всем парам =0.0380.004. Построение дендрограммы (рис. 1) позволило выявить две группы популяций, разделенных на уровне =0.056, в то время как различия в пределах групп кластеров не превышают = 0.022. Пространственно они принадлежат к разным крупным геоморфологическим образованиям Южного Урала. Первая группа кластеров включает выборки Зауралья (Tm-TU1 и Tm-TU1) и две популяции горно-лесной зоны, тяготеющих к восточному макросклону южно-уральских гор (Tm-M1 и Tm-M1). Вторая группа кластеров состоит из популяций Башкирского Предуралья (Tm-CU1, Tm-CU2 и Tm-CU3), его южной части (ЮП-1) и одной выборки из горно-лесной зоны (западный макросклон, Tm-M3). Существование двух метапопуляций требует дифференцированного подхода в отношении управления их ресурсами.
Aconitum lycoctonum L.
C использованием обнаруженных у вида3 аллозимов полиморфных локусов Mdh-1, Gdh-1 и Skdh-1 изучены 11 выборок, включающих четыре субпопуляции (Федоров, 2006): центрально-предуральскую (на рис. 2 - группа I), низкогорнную (II), высокогорную (III) и подгольцовую (IV). Выявлена их слабая подразделенность по частотам аллелей - в среднем = 0.044. В то же время различия растений высокогорных местообитаний AL-I1-AlI4 и близкорасположеннной подгольцовой выборки AL-I5 (рис. 2) оказанлись сопоставимы с аллельной гетерогенностью другой группы, охватывающей все Башкирское Предуралье. Растения AL-I5 отличаются от других габитуально меньшими разменрами, менее ветвистым соцветием с пропорционально более длинным конечным междоузлием, большей рассеченностью листовой пластинки, крайние лопасти конторой чаще налагаются друг на друга, и более широким шлемом цветков (Федоров, 2006). Морфологически они близки к растениям формы этого вида, встречающейся в горных местообитаниях на Скандинавском полуострове (Ворошилов, 1952). Дифференциация растений подгольцового местообитания от особей близлежащих выборок высокогорной субпопуляции (по данным двух разных иерархических уровней - аллозимных локусов и морфологических параметров) может быть связана с таким экологическим фактором, как различная продолжительность сохранения снежного понкрова. Она, влияя на сроки начала вегетации и цветения, обусловливает чанстичную фенологическую изоляцию этих субпопуляций (Федоров, 2006). В плане охраны подгольцовая субпопуляция требует индивидуального подхода.
Рис. 1. Кластеризация выборок Thalictrum minus
Рис. 2. Кластеризация выборок Aconitum lycoctonum
Cerasus fruticosa Pall.
У вида4 из исследованных 10 ферментов в 20 популяциях изменчивыми были лишь SKDH, EST и LAP. Мономорфными являются зоны гистохимического окрашивания AAT-1, GDH-1, FDH-1, APH-1, DIA-1, DIA-2, MDH-1, MDH-2, NADHDH-1, EST-2, EST-4, LAP-2 и LAP-3. Анализ позволил интерпретировать изменчивость локусов Lap-1, Skd-1, Est-1 и Est-2. При этом =0.23, что ниже данных по другим видам со смешанным семенным и вегетативным размножением (Hamrick et al., 1992). В целом в регионе вишарники обладают относительно близким генофондом. Межпопуляционная компонента изменчивости =0.087, с изменениями по отдельным локусам от 0.066 до 0.134. Расстояние Нея в среднем составляет =0.0150.001 с изменениями от 0 до 0.078. В парах выборок доминируют расстояния до 0.010 (56.3 %), в пределах=0.011-0.020 и 0.021-0.030 (18.4 и 10.5 %%, соответственно). В то же время параметры популяционного разнообразия отдельных выборок значительно варьируют: по полиморфным локусам =1.3-2.0, =0-1.0, =0-0.337, =0-0.262.
Таким образом, популяции C. fruticosa неравноценны по богатству генофонда. Главной причиной этого феномена являются высокие различия вишарников по встречаемости уникальных (встречающихся в данной выборке только один раз) генотипов (рис. 3). В среднем для каждой выборки выявлены 4.350.61 разных клонов с изменениями от 1 до 9. В отдельных местообитаниях, даже обладающих относительно высокими средними показателями полиморфизма, доминировал один многолокусный генотип. В других они были распределены более равномерно. Ни в одной популяции, несмотря на то, что растения отбирались не ближе 20 м друг от друга, не выявлены случаи генетической уникальности каждой особи. Параметр общей популяционной дифференциации , изменяющийся от 0 (мономорфность выборки) до 1.0 (в ней нет ни одного общего генотипа), составил 0.1750.012, варьируя от 0 до 0.262 (коэффициент вариации 35.26 %). Это доказывает большую роль вегетативного размножения в формировании популяционной структуры C. fruticosa на Южном Урале. Относительно высокая доля клонов в составе популяций не является следствием низкого разрешения электрофоретического анализа. В популяции, где одновременно использованы аллозимы и ДНК-маркеры, обнаружено, что из 150 особей, сравнительно равномерно рассеянных на площади более 1 гектара, одинаковым многолокусным генотипом по 8 микросателлитным локусам (42 аллеля) обладали 10 % растений.
Наибольшее клоновое разнообразие выявлено в местообитаниях на большей высоте над уровнем моря (в среднем 500 м, с изменениями от 350 до 750 м), занимающих каменистые почвы на крутосклонах и вершинах гор и хребтов. Видимо, в этих условиях затруднено вегетативное расселение растений и размножение происходит преимущественно семенным способом. Для этой группы выборок, при учете только многолокусных уникальных генотипов и полиморфных локусов, получены следующие показатели популяционного разнообразия: =1.870.077 (изменения в пределах 1.5-2.3),
Рис. 3. Клональное разнообразие выборок Cerasus fruticosa
=0.780.06 (0.5-1.0), =0.2870.025 (0.125-0.417), =0.2670.018 (0.196-0.326), =0.2020.012 (0.1480.262), среднее число генотипов на выборку = 1.9500.082 (1.0-2.5). В условиях с большой мощностью почвенного слоя и на более низких (353 м, 250-450 м) высотах над уровнем моря формируются более однородные и менее разнообразные популяционные структуры: =1.3430.068 (1.0-1.5), =0.320.07 (0-0.5), =0.2140.045 (0-0.375), =0.1920.037 (0-0.292), =0.1370.013 (0-0.223), =1.2140.085 (1.0-1.5).
Таким образом, в отношении уровня популяционного разнообразия местообитания Cerasus fruticosa неравноценны. При отборе объектов для охраны in situ и использования растений ex situ опорными должны служить местообитания, расположенные в горных условиях на каменистых почвах, которые способствуют размножению преимущественно семенным способом.
Juniperus sabina L.
У вида5
исследованы 14 выборок, включающих местообитания горно-лесной зоны РБ и Башкирского Зауралья. Использованы 9 полиморфных локусов - Dia-1, Dia-2, 6Pgdh-1, Lap-1, Lap-2, Fdh-1, Gdh-1, Skdh-1 и Est-1. Установлены сравнительно большие различия популяций по параметрам популяционного разнообразия (=0.440.040 - 1.000.042, =1.20.1 - 3.00.3, =0.0330.022 - 0.3120.48, =0.0210.015 - 0.3000.042). Между популяциями определена относительно высокая подразделенность - =0.113, с изменениями по отдельным локусам от 0.065 до 0.216, значения между парами выборок изменяются от 0.002 до 0.058. На дендрограмме, построенной на основе расстояний Нея, не выявляется каких-либо закономерностей размещения выборок. Причина - разное число клонов, имеющихся в отдельных местообитаниях, которые в этом плане крайне неравноценны. Для охраны в природных условиях, сохранения генофонда и рационального использования ресурсов вида нами предложены местообитания с выявленным наибольшим клоновым разнообразием.
Большой интерес с точки зрения использования ресурсов этого вида имеют ценные формы, в т.ч. обнаруженная ранее (Мулдашев, Кучеров, 2005) древовидный можжевельник, имеющий высоту до 4 м и выделяющийся голубовато-зеленым цветом хвои. В пределах его зарослей нами выявлено 7 экземпляров (выборка Js-t) с относительно большим (до 20 см) диаметром на высоте груди. Они, а также большинство (7 из 8) имеющиеся в куртине молодых стланиковых и кустовидных растений (Js-s) относительно небольшого размера были мономорфны по локусам Lap-1, Lap-2, Skdh-1, 6Pgdh-1, 6Pgdh-2, Gdh-1, Fdh-1, Est-2, Est-3, но гетерозиготны - по Est-1, Dia-1 и Aat-1. Таким образом, куртина с древовидным можжевельником является гигантским клоном с небольшой примесью других генотипов. Моноклоновым оказалось местообитание J. sabina на территории Архангельского района РБ. Оно, находясь в окружении широколиственных лесов, расположено на расстоянии 150-200 км от основной части ареала в пределах его южно-уральской части. Для изучения генотипического состава растений местообитания (обозначенного Js-Arc) использованы аллозимы 10 локусов, полиморфные в других популяциях - Aap-1, Mdh-1, Mdh-2, Fdh-1, Dia-1, Aph-1, Aph-2, Aph-3, Est-1 и Est-3. В краевой популяции все ферменты были мономорфными. Большая часть зон имела однополосные фенотипы. Только в Fdh-1 у всех исследованных растений обнаружен трехполосный спектр изоферментов, который образуется гетерозиготными особями и локусами, кодирующими димерные ферменты. Последнее обстоятельство доказывает, что отсутствие изменчивости в выборке обусловлено формированием ее единственным генотипом, а не в результате дрейфа генов, обусловившим элиминацию большинства аллелей и фиксацию одного из них. Эти результаты требуют учета в случае проведения работ по сохранению ex situ особей этих уникальных местообитаний. Без получения этих сведений следовало бы интродуцировать выборки достаточно большого объема для обеспечения репрезентативности генофонда в новых условиях. Обнаруженная нами моноклональность выборок позволяет ограничиться перемещением по одному представителю клонов.
Juniperus communis L.
На видовом уровне вид6 обладает сравнительно высоким разнообразием - в объединенной выборке, включающей три популяции из горно-лесной зоне РБ, изменчивыми были 9 локусов (Aat-1, Lap-2, Gdh-1, Skd-1, Dia-1, Dia-2, Dia-3, Est-2 и Lap-1) и лишь 3 (Fdh-1, Sod-1 и Est-1) - мономорфными. Параметры популяционного разнообразия составили: =0.75, =2.30.2, =0.2880.49, =0.2480.050. В отличие от J. sabina, в местообитаниях вида влияние клонового разнообразия на эти показатели выражено меньше.
На вершинах хребта Ирандык А. Мулдашевым обнаружены небольшие, оторванные от основного ареала, местообитания J. communis, приуроченные к нехарактерным для вида засушливым горно-степным экологическим условиям. Они обладают некоторыми переходными габитуальными и морфологическими чертами к J. sibirica - приземистостью, относительно короткими и не сильно растопыренными иголками, некоторой их изогнутостью. Объединенная выборка (обозначена Jc-I) сравнивались по аллозимам с типичным Juniperus communis из местообитания Jc-B на территории Белорецкого района (горно-лесная зона Республики) по 8 полиморфным локусам Aat-1, Lap-2, Gdh-1, Skdh-1, Dia-1, Dia-2, Dia-3 и Est-2. По средним параметрам популяционного разнообразия выборка Jc-I сильно уступает растениям местообитания Jc-B - у первой из них =1.50.2, =0.50, =0.1910.084, =0.1750.086 против =2.50.2, =1.00, =0.3640.042, =0.3060.056 - у второй. Выраженными являются и различия по частотам аллелей. Локусы, мономорфные у растений в местообитаниях на хр. Ирандык, изменчивы в другой сравниваемой выборке. По этой причине показатели межпопуляционной дифференциации сравнительно высоки (=0.157, =0.139) и превышают межпопуляционную подразделенность типичных растений. Популяция J. communis из хребта Ирандык имеет несомненную особую ценность, так как ее особи адаптированы к засушливым условиям Башкирского Зауралья. По этой причине требуется ее охрана в занимаемой природной среде, а ухудшение генофонда можно предотвратить за счет трансплантации особей из соседствующих местообитаний. Поскольку выборки дифференцированы по частотам аллелей, вплоть до фиксации разных аллозимов, это приведет к повышению популяционного разнообразия.
Quercus robur L.
Популяционная структура вида7 ранее исследована (Янбаев и др., 2000) в 9 местообитаниях в Предуралье Башкортостана и на западном макросклоне южноуральских гор с использованием 8 локусов, кодирующих синтез 8 ферментов. Установлено, что дифференциация популяций выражена крайне слабо - =0.035, =0.025. С точки зрения сохранения генофонда популяции, судя по этим сведениям, представляются равноценнными. Нами исследованы две нетипичные малые популяции, расположенные в чрезвычайно засушливых условиях Башкирского Зауралья вне основной, южноуральской, части на удалении более 100 км. В одной из них (Qr-Kus) Q. robur входит в состав древостоя Betula pendula Roth в условиях горной лесостепи как примесь. Всего здесь обнаружено 20 деревьев в возрасте плодоношения. Другая, горно-степная, выборка Qr-Ark, расположенная юго-восточнее в 20 км, насчитывает всего 7 особей репродуктивного возраста. При использовании десяти мономорфных (Aat-1, Aat-2, Dia-1, Me-1, Fe-2, Fe-3, Gdh-1, Mdh-1, Mdh-2 и Mdh-3) и семи полиморфных локусов (Aap-1, Aap-2, Fdh-1, Fe-1, Gdh-1, 6Pgdh-1 и Skdh-1) установлено, что в выборках =1.520.2 и =1.470.2, =0.412 и =0.353, = 0.1240.051 и = 0.1180.046, = 0.1450.053 и = 0.1380.049, соответственно. Эти оценки ниже, чем у Q. robur из западного макросклона южно-уральских гор (Янбаев и др., 2000). Однако популяционное разнообразие дуба в Башкирском Зауралье выше, чем можно было бы ожидать, учитывая крайне малую численность особей и изоляцию насаждений. Видимо, по крайней мере, в нынешнем поколении популяций, дрейф генов не является ведущим фактором формирования генофонда. Альтернативные аллели в обоих выборках имеют сопоставимые частоты, гетерозиготность является относительно высокой, обнаружены редкие аллели, встречающиеся в основной части ареала (Янбаев и др., 2000) с низкими частотами. Кроме того, при воздействии этого микроэволюционного фактора в каждой изолированной малой популяции фиксация происходит для разных аллелей. А в выборках Qr-Kus и Qr-Ark они имеют близкие частоты - в среднем для полиморфных локусов =0.011, =0.034. Состав генотипов сбалансирован и статистически достоверно не отличается от распределения, ожидаемого по правилу Харди-Вайнберга. Возможно, насаждение представляет остаток популяции большего объема, у которой редукция численности и уменьшение занимаемой площади произошло лишь в исторически недавнем прошлом.
Существенный вклад в поддержание популяционного разнообразия вносит и поступление пыльцы извне. Совместно с Б. Дегеном и Ю. Бушбом (Германия) в насаждении Qr-Ark исследованы8 9 микросателлитных локусов в семенах и имеющихся семи деревьев для реконструкции связей материнские растения/потомство. Выявлено, что в среднем на один локус 40 % отцовских аллелей поступают из других насаждений, расположенных на значительном (не менее 100 км) удалении и только небольшая часть - из насаждения Qr-Kus.
Крайне малая численность популяций и некоторые биоэкологические свойства вида привели к выраженной пространственной структурированности внутрипопуляционной изменчивости. Результаты автокорреляционного анализа в насаждении Qr-Kus, объединенные по всем локусам, приведены на рис. 4 (А). Значения расстояния Грегориуса статистически достоверно повышаются с увеличением физического расстояния между любой парой особей (границы 95 %-ного доверительного интервала обозначены пунктирной линией). Эта же закономерность выявляется и при использовании микросателлитных ДНК-маркеров (рис. 4, В). Различия заключаются лишь в расстояниях, на которых выявляется пространственная структурированность популяционного разнообразия. Основной причиной наблюдающегося феномена может быть низкая численность и плотность популяции - 20 имеющихся деревьев репродуктивного возраста рассеяны на площади около 2 га. В этих условиях локальная концентрация определенных аллозимов может быть обусловлена небольшим радиусом распространения тяжелых семян Q. robur и, соответственно, материнских аллелей. На основании этого результата можно сделать заключение о естественном происхождении насаждения. Дополнительным свидетельством того, что исследованный древостой не является лесной культурой, может выступить его разновозрастность. Диаметр на высоте груди в среднем составляет 16.11.38 см и изменяется от 7 до 32 см (коэффициент вариации 22.37 %), что соответствует возрасту 32-110 лет.
В настоящее время в научном сообществе и в природоохранных организациях Башкортостана активно обсуждается целесообразность оформления исследованного насаждения в качестве ООПТ. Полученные нами результаты свидетельствуют в пользу необходимости положительного решения проблемы. Эта природная популяция Q. robur, расположенная вне ареала вида,
А В
Рис. 4. Неслучайная структурированность генотипов Q. robur в изолированной малой популяции. А - аллозимные данные, В - результаты анализа микросателлитных локусов
в течение многих поколений адаптированная к специфическим условиям горной степи Башкирского Зауралья и обладающая своебразным генофондом, имеет несомненное значение как с научной, так и практической точек зрения. Семенной материал обоих насаждений рекомендован нами для использования с целью искусственного лесовозобновления в условиях засушливого Башкирского Зауралья с сильно континентальным климатом.
Глава 4. Популяционное разнообразие видов екарственных растений с небольшими дизъюнктивными ареалами
Delphinium uralense Nevski
У эндемика Южного Урала D. uralense9 в изголовьях глубоких, заросших лесом логов встречаются нетипичные крупные растения, по морфологическим признакам занимающие промежуточное положение между типичными D. uralense и D. dictyocarpum. Их представители с Зилаирского плато Южного Урала, объединенные в три выборки, исследованы с использованием шести полиморфных локусов. По аллелям четырех из них (Lap-2, 6Pgdh-1, Gdh-1 и Adh-1) различия двух видов и нетипичных растений статистически недостоверны. В то же время по двум локусам (Skdh-1 и Sod-1) межвыборочная гетерогенность состава и частот аллелей была статистически значима (Р < 0.001). Дифференциация типичных и нетипичных растений D. uralense статистически недостоверна, а подразделенность примерно в 4.5 раз меньше (= 0.049), чем при сравнении трех групп (=0.223). По расстоянию Нея различия двух пар (=0.016 и =0.148, соответственно) выражены еще больше. В группе нетипичных растений оказались выше значения наблюдаемой и ожидаемой гетерозиготности (таблица 1). Если у D. dictyocarpum и D. uralense наблюдается нехватка гетерозигот, то в третьей выборке выявляется их избыток. Практически по всем аллелям их частоты у нетипичных растений являются промежуточными.
Таблица 1.
Популяционное разнообразие в выборках типичной и нетипичной форм Delphinium uralense Nevski и Delphinium dictyocarpum DC.
Параметры | D. dictyocarpum | Формы D. uralense | |
Нетипичная | Типичная | ||
, % | 100 2.00.0 0.220.98 0.170.08 +0.194 | 66.7 1.70.2 0.230.09 0.240.10 - 0.038 | 50.0 1.70.3 0.130.07 0.100.06 + 0.193 |
Появление нетипичных особей D. uralense может быть результатом спонтанной эпизодической гибридизации с близким видом D. dictyocarpum. Это приводит к повышению популяционного разнообразия D. uralense, что должно способствовать предотвращению негативных последствий, вызванных изолированностью местообитаний и небольшой численностью его популяций. Рекомендовано осуществлять охрану in situ не только популяций живокости уральской, но и близко расположенных местообитаний D. dictyocarpum.
Inula helenium L.
С использованием выявленных у вида10 четырех полиморфных локусов Est-1, Lap-2, Aat-1 и Adh-1 проведены исследования 21 природной популяции, которые представляют Предуралье и Зауралье Башкортостана, а также горно-лесную зону Республики. В наиболее характерных местообитаниях и популяциях с большой численностью особей генофонд хорошо сбалансирован - статистически значимые нарушения правила Харди-Вайнберга выявлены лишь в 6 из 84 теоретически возможных случаев (7.1 %). В большинстве популяций инбридинг не обнаруживается. Среднее расстояние Нея =0.0820,004 с изменениями по разным парам от =0.004 до =0.321, =0.145. На дендрограмме отсутствует связь расстояний Нея и географических дистанций между выборками, несмотря на территориальную близость одних пар и удаленность - других. Но в группах, приуроченных к отдельным крупным геоморфологическим образованиям Южного Урала, дивергенция выражена меньше. У пяти популяций степного Башкирского Зауралья доля изменчивости, приходящаяся на межвыборочную компоненту, составила 8.9 % (=0.089). В среднем в парах выборок =0.0480.008 с изменениями от =0.013 до =0.092. Практически на таком же уровне дифференцированы популяции равнинного Башкирского Предуралья - =0.080. У них =0.0790.017, параметр изменяется от =0.050 до =0.109. У более многочисленной группы, включающей выборки горно-лесной части Южного Урала, гетерогенность частот аллелей выражена существенно выше. Параметр межпопуляционной подразделенности =0.157. Среднее расстояние =0.0900.008 близко к аналогичным величинам в других группах, в парах доходит до =0.325. Гистограмма (рис. 5) показывает экспоненциальное распределение (на рисунке также изображена теоретически ожидаемая кривая). Были идентифицированы четыре выборки, которые формируют наибольшие межпопуляционные различия. Без их участия подразделенность в пределах группы горно-лесных местообитаний I. helenium становится сопоставимой с дифференциацией групп выборок из степного Башкирского Зауралья и равнинного лесостепного Башкирского Предуралья (=0.086, =0.0460.008, изменяется от =0.005 до =0.120). Одна из выборок, значительно отличающаяся по структуре популяции, включает небольшие, удаленные друг от друга группы особей, со средней плотностью 0.04 особи на один квадратный метр (в большинстве пробных площадей на один квадратный метр выявлены 0.45-2.25 растений). В трех других выборках густота растений высока, но их численность очень мала - в каждой насчитывается всего несколько десятков особей. В таких условиях (при изоляции и малой эффективной численности популяции) высока вероятность дрейфа генов и появления лэффекта основателя, приводящих к случайным флуктуациям аллельных частот.
Таким образом, несмотря на экологические различия местообитаний и их географическую удаленность друг от друга, дифференциация большинства популяций не столь выражена, как можно было бы ожидать для вида, занесенного в Красную книгу РБ. Это позволяет при отборе популяций для
Рис. 5. Распределение значений расстояния Нея между парами выборок Inula helenium.
охраны генофонда in situ и использования растений ex situ учитывать не столько генетические, сколько другие (экономические, организационные и т.д.) факторы. Однако при проведении этих работ необходимо избегать использования малых популяций с нехарактерным генофондом.
Glycyrrhiza korshinskyi Grig.
У данного южноуральского эндемика11 выявлен высокий уровень популяционного разнообразия. Большинство исследованных локусов (Dia-1, Dia-2, Sod-1, Gdh-1, Fdh-1, Lap-1, Lap-2, Mdh-2, Skdh-1, G-2dh-1, Aph-1, Aph-2, Aph-3, Est-1) в 18 изученных выборках оказались изменчивыми - кроме Sod-2 и Sod-3. При учете только уникальных многолокусных генотипов =2.40.2, =88.2 %, =0.2140.035. Эти уровни существенно выше, чем средние показатели по эндемикам (Hamrick et al., 1992) - для них =1.82, =42.5 и =0.078. Причиной этого может быть то, что до освоения целины в Башкирском Зауралье численность и размеры популяций были выше. Популяционное разнообразие материнских растений хорошо воспроизводится в потомстве - у проростков аналогичные параметры изменяются в практически тех же пределах, а различия средних параметров в поколениях статистически не достоверны.
Между выборками обнаружены значительные различия средних параметров популяционного разнообразия - по многолокусным генотипам материнских растений (для выявления межпопуляционных различий использованы Dia-1, Dia-2, Sod-1, Gdh-1, Fdh-1, Lap-2 и Mdh-2) =1.1-2.0, =14.3-100.0, =0.071-0.276, =0.071-0.321. Выявлен относительно высокий уровень межпопуляционной подразделенности (=0.136, изменения по отдельным локусам от 0.094 до 0. 851; у потомства дифференциация чуть выше - =0.151, полокусные значения варьируют в пределах 0.046-0.201). Это вызвано тем, что некоторые выборки характеризуются полной гомогенностью состава генотипов (некоторые из последних по отдельным локусам и местообитаниям представлены только гетерозиготами) или же подавляющая часть растений обладают уникальными генотипами (рис. 6). По этой причине показатель дифференциации популяций изменяется от 0.07 до 0.28, составляя в среднем 0.220.01. Такие же примерно величины вычислены при сравнении семенного потомства - параметр изменяется в пределах 0.01-0.28, составляя в среднем =0,190.01. Маловероятно, что дифференциация популяций вызвана экологическими различиями местообитаний. В частности, выявленные лугово-степные, степные и придорожные (при строительстве автотрассы, как нами отмечено, формируются новые популяции за счет заноса семян с близлежащих местообитаний и заселения растений на почве, лишенной
Рис. 6. Распределение особей с одинаковыми генотипами в выборках Glycyrrhiza korshinski
растительности, вдоль дорог) местообитания практически не отличаются по уровню популяционного разнообразия. Не выявлено также, как показало построение дендрограммы, существования клинальной изменчивости в пределах исследованной территории.
Таким образом, вид обладает большим аллельным и генотипическим разнообразием и территориальной общностью генофонда. Поэтому стратегия охраны генофонда вида in situ должна быть направлена на поддержание имеющегося популяционного разнообразия в природных условиях. Неравнозначность местообитаний по доле уникальных генотипов требует обеспечения представленности максимально возможного клонового разнообразия при введении растения в культуру.
Rhodiola iremelica Boriss.
У этого эндемика12 Южного Урала, изученного на примере 21 популяции из наибольшей части ареала (хребты Ирандык, Уралтау, Крыкты и др.) разнообразие на видовом уровне относительно высокое. В среднем на локус (исследованы Aat-1, Aat-2, Aat-3, Dia-1, Dia-3, Dia-4, Dia-5, 6Pgdh-1, Aap-1, Mdh-1, Mdh-2, Me-1, Aph-1, Aph-2, Aph-3, Aph-4, Aph-5 и Est-1) =0.65, =2.70.4, =0.1830.042, =0.1450.031. В то же время каждая из популяций обладает значительно меньшим уровнем полиморфизма. По восьми полиморфным локусам (Aat-1, Aat-2, Aat-3, Dia-1, 6Pgdh-1, Mdh-3, Mdh-1, Aap-1), использованным для анализа межпопуляционной подразделенности, показано изменение числа аллелей на локус от 2.10.2 до 3.00.3. Изменчивость популяций варьирует в широких пределах - =0.75-1.00, =0.155-0.457, = 0.167-0.371, но выше в местообитаниях с большей численностью особей (рис. 7). Различия в аллельном составе касаются не только относительно редких электрофоретических вариантов, но и общих аллозимов. Вследствие этого
Рис. 7. Параметры популяционного разнообразия в местообитаниях с разной численностью растений Rhodiola iremelica (1 - <100; 2 - 100-500; 3 - > 500 особей, соответственно).
гетерогенность аллельных частот статистически достоверна (< 0.001), в том числе и в большинстве попарных сравнений выборок. Более 88 % всей изменчивости относится к внутривыборочной. Параметр подразделенности (=11.5 %) ниже, чем у эндемиков (Hamrick, Godt, 1989). В среднем = 0.054, с изменениями от 0.008 до 0.188. На дендрограмме в кластеризации выборок нет какой-либо зависимости генетического и географического расстояний, влияния топографического положения местообитаний. Эта картина, вероятно, получена из-за крайне малой численности большинства популяций, а не отражает адаптацию к различным экологическим условиям.
У R. iremelica основным фактором формирования генофонда может быть дрейф генов. На рис. 8 показано, что распределение частот аллелей описывается U-образной кривой - преобладают те, встречаемость которых близка к нулю или к 100 %. По характеру кривая близка к распределению, наблюдаемому в малых популяциях под действием дрейфа генов (Wright, 1931). Вид в послеледниковое время был изолирован в узких экологических нишах в высокогорьях и его популяции претерпели масштабное сокращение эффективного размера до нескольких десятков, редко сотен, особей генеративного возраста. Кроме снижения численности, дрейфу генов могут способствовать выявленные фрагментарность возрастной структуры и неравное соотношение особей разного полового типа (рис. 9, табл. 2) - по этим параметрам выявлена большая контрастность популяций. Фрагментация популяций R. iremelica, происходящая по естественным причинам, сопровождается антропогенной деградацией генофонда из-за заготовок населением этого люжно-уральского золотого корня, приводящих к дальнейшему уменьшению плотности и численности популяций, изменениям их генофонда. В 1990 г. были собраны образцы R. iremelica на горном массиве
Рис. 8. Распределение числа аллелей по частотам у Rhodiola iremelica
Рис. 9. Доля функционально женских (А) и мужских (В) растений Rhodiola iremelica.
Таблица 2
Возрастная структура в популяциях Rhodiola iremelica
Параметры | Численность особей (%) | |||||
J | im | v | g | ss | s | |
В среднем Минимум Максимум | 6 6 6 | 20.7 2.0 59.1 | 30.5 12.5 53.1 | 34.0 8.6 80.0 | 15.0 3.1 54.5 | 16.3 2.5 58.1 |
Примечание: j - ювинильные, im - имматурные, v - виргинильные, g - генеративные, ss - субсенильные и s - сенильные растения.
Иремель из четырех субпопуляций и осуществлен их электрофоретический анализ. В 2002 г. нами повторно проанализирована популяционная структура тех же выборок, за исключением одной субпопуляции, прекратившей свое существование. Далее по общим локусам Aat-1, Aat-2 и Aat-3, изучена динамика популяционного разнообразия за 12 лет. Отмечено исчезновение части ранее имеющихся аллелей (поэтому среднее число аллелей на локус уменьшилось от =3.3 до =2.0), а частоты оставшихся аллозимов более приближены к 1.000 или к нулю. Уменьшилась гетерозиготность (с 0.257 до 0.182 для и с 0.288 до 0.221 для ), а межвыборочная изменчивость - возросла (с =0.033 до =0.073 и с =0.010 до =0.033). Коэффициент инбридинга изменился с = + 0.108 до = + 0.176. Если в начале 90-х годов в популяции наблюдаемые и теоретически ожидаемые частоты генотипов хорошо совпадали, то в последующем выявлены нарушения правила Харди-Вайнберга. Полученные данные (крайняя малочисленность особей в местообитаниях и контрастность популяционных структур) доказывают, что
Paeonia hybrida Pall.
С использованием изоферментов обнаруженных у вида13
6 полиморфных локусов (Adh-1, Adh-2, Skdh-1, 6Pgdh-1, Dia-1, Lap-1) на территории Башкирского Зауралья изучена структура изолированной популяции, удаленной от основного ареала почти на 1500 км. В пределах местообитания общей площадью 0.06 га найдены (Мулдашев, 2003) две фрагмента, расположенные в 1.3 км друг от друга и имеющие 84 и 56 особей генеративного возраста, соответственно. Частоты аллелей в субпопуляциях оказались очень близки. Расстояние Нея и коэффициент межвыборочной дифференциации оказались по этой причине очень низкими (в среднем по локусам=0.011, =0.008). Эти данные доказывают, что все растения принадлежат к типичному P. hybrida, хотя внешне по совокупности признаков растения одной субпопуляции соответствуют описанию (Шипчинский, 1937) P. hybrida Pall. var. intermedia (C.A. Mey.) Kryl. Морфологическая изменчивость в местообитаниях, видимо, обусловлена экологическими различиями условий произрастания. Таким образом, при оформлении местообитания в форме ООПТ нужно исходить из того, что охране подлежит один и тот же таксон - типичная форма вида. Несмотря на малочисленность субпопуляций, коэффициенты инбридинга особей относительно изученной популяции и вида в целом свидетельствуют даже о небольшом экцессе гетерозиготности - в среднем =-0.017 и =-0.009. Ни один из изученных локусов по гетерозиготности нельзя отнести к категории слабополиморфных. В среднем =0.4120.029 и =0.4300.022, =0.3850.056 и =0.4480.040 в субпопуляциях Sp-1 и Sp-2, соответственно. Аллельное разнообразие также сравнительно высокое - =2.50.20 и =2.7+0.30. Возможно, исследованные выборки являются остатками некогда обширной популяции с богатым генофондом. Редукция численности и уменьшение размеров популяций могло произойти лишь недавно, во время освоения целины в районе.
При помощи автокорреляционного анализа выявлены мозаичность пространственной структуры в одной субпопуляции и неслучайность размещения генотипов - в другой. На рис. 10 (А) показано, что расстояние Грегориуса (пунктирная линия) случайно флуктуирует с повышением расстояния от любого растения, взятого в качестве точки отсчета, в пределах 95 %-ного доверительного интервала (сплошная линия). На рис. 10 (В) значения статистически достоверно (<0.05) растут с увеличением классов дистанций. В местообитании Sp-1 (ковыльно-разнотравная степь на пологом склоне) имеются более благоприятные условия для распространения семян по территории и формирования однородной пространственной структуры генотипов. Растения второй субпопуляции Sp-2 произрастают вблизи заболоченного озера в густых зарослях злаковых трав и степных кустарников Caragana frutex (L.) C. Koch,
А В
Рис. 10. Сравнение пространственного размещения генотипов Paeonia hybrida в разных экологических условиях
Rosa majalis Herrm., Spiraea crenata L. Наиболее вероятным фактором обнаруженной здесь положительной автокорреляции может служить неспособность растений в плотных зарослях растительности эффективно и на относительно большие расстояния распространять семена. В этом случае у материнских аллелей может наблюдаться их локальная концентрация, что, видимо, и выявил автокорреляционный анализ.
Изученные нами субпопуляции P. hybrida, находящиеся вне основного ареала вида и обладающие уникальным генофондом, представляют интерес в качестве объектов сохранения популяционного разнообразия. Безусловно, методами in situ нужно охранять оба местообитания. Однако отбор растений для сохранения пиона гибридного ex situ нами рекомендуется выполнять только в субпопуляции Sp-1, так как в другом местообитании с локальной пространственной структурированностью аллелей отбираемая часть выборки может представлять лишь часть разнообразия генофонда.
ГЛАВА 5. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ Подход к введению лекарственных растений в культуру
Информация об особенностях внутрипуляционной структуры растений необходима не только для охраны растительных ресурсов in situ, но и для научно обоснованного введения растений в культуру. Некоторые из них, адаптированные к узким специфическим экологическим нишам, плохо поддаются к выращиванию в условиях ex situ. Таким примером могут быть исследованные нами Empetrum nigrum, E. subholarcticum, E. hermaphroditum и E. sibirica. Пути их рационального использования лежат в области неистощительной эксплуатации природных местообитаний, а охраняемые таксоны (E. hermaphroditum в РБ) с целью производства лекарственных препаратов возможно использовать лишь при помощи биотехнологических методов. Но большинство видов лекарственных растений возможно выращивать вне природных местообитаний, в том числе на лекарственное сырье.
Значительную часть растений, имеющих потенциально важное значение в качестве источников лекарственного сырья при условии введения в культуру, составляют редкие и исчезающие виды, генофонд которых в большинстве случаев находится под опасностью деградации. Примером этой категории является R. iremelica. Для сохранения ее генетических ресурсов, как и многих других редких и исчезающих видов растений, видимо, единственным возможным способом, является создание искусственных популяций ex situ для последующей реинтродукции в природные условия. В связи с этим важно решение вопросов - по каким принципам их создавать? Должны ли туда включаться растения максимального числа популяций из всего ареала вида? Требуется ли создание единственной искусственной популяции или следует соблюдать принцип экологической приуроченности особей из разных местообитаний? Нужно ли учитывать географическую близость отдельных природных популяций, у которых теоретически вероятность сходства генофонда должна быть больше, по сравнению с удаленными местообитаниями? Для ответа на эти вопросы нами использован подход, основанный на моделировании структуры выборок, входящих в гипотетические искусственные группы особей. При этом использованы программы BIOSYS-1 и GSED и машинный перебор в разных комбинациях генотипов разных выборок с целью оценки возникающего при этом популяционного разнообразия. Во всех трех моделях (объединение по экологической приуроченности, географической близости местообитаний, их принадлежности к разным хребтам) учитывали основной показанный нами результат, что главным фактором, влияющим на относительно высокую межпопуляционную дифференциацию R. iremelica, является небольшой эффективный размер популяций, приводящий к деградации популяционных структур и дрейфу генов. Установлено, что при создании одной искусственной популяции, включающей все изученные выборки, достигается наибольшее популяционное разнообразие (=4.10.4, =0.3250.031, =0.2670.019), соответствие состава генотипов правилу Харди-Вайнберга. При этом повторяется тенденция, наблюдающаяся в реальных популяциях - чем больше их объем, тем выше параметры популяционного разнообразия. Литературный анализ показывает, что у большинства редких и исчезающих видов растений наблюдаются те же процессы, что и у R. iremelica - снижение популяционного разнообразия, увеличение дифференциации популяций, нарушения возрастной и половой структур из-за резкого сокращения численности особей. Поэтому подходы, разработанные для данного вида, можно применять и в отношении других видов редких и исчезающих лекарственных растений.
Важность недопущения снижения генетической базы природных популяций при введении лекарственных растений в культуру демонстрируют следующие полученные нами результаты. Природная популяция Rhaponticum carthamoides14 (выборка Rc-Alt, отобрана в районе Телецкого озера на территории Республики Горный Алтай) обладает сравнительно (Hamrick et al., 1992) высоким популяционным разнообразием - =1.80.3, =0.54, =0.1740.054, =0.1910.061. Из 13 локусов, доступных для изучения, изменчивыми были Gdh-1, Aph-1, Mdh-2, Dia-1, Dia-2, Lap-1, Lap-2, Est-7. Мономорфными являются Fdh-1, Aat-1, 6Pgdh-1, Mdh-1 и Est-2. Другая выборка (Rc-Bmk) представляет R. carthamoides, интродуцированный ранее в Ботаническом саду-институте Уфимского научного центра РАН и введенный нами в культуру в условиях Башкирского Зауралья (Баймакский район). Различия двух выборок по частотам общих аллелей слабо выражены, а межвыборочная подразделенность составила всего =0.029 и =0.010. В то же время в группе Rc-Bmk меньше среднее число аллелей на локус (=1.60.3), гетерозиготность ниже в 1.4-1.5 раз (=0.1260.053, =0.1280.053). Некоторые локусы, изменчивые в природной популяции, мономорфны у растений, введенных в культуру. Причиной этого феномена может быть изначально малое число семян, использованных при интродукции, а также отсутствие потока генов извне в искусственную популяцию, ее изоляция.
В окрестностях г. Сибая РБ в коллективных садах была отобрана выборка Inula helenium (Ih-BajG). Сравнение ее генофонда со структурой природных популяций по общим полиморфным локусам показало следующие закономерности. Частоты аллелей Lap-1 и Est-1 варьируют в пределах, установленных у выборок в естественных условиях. Но локус Adh-1, изменчивый у растений из природных местообитаний (частота основного аллеля изменяется от 0.154 до 0.846), обнаружен мономорфным у культивируемой выборки. Является инвариантным и локус Aat-1, полиморфный у большой части природных популяций. По этой причине разнообразие искусственной популяции является низким - =1.80.5 (в природных местообитаниях в среднем 2.00.07), =0.50 (0.830.04), =0.1100.078 (0.3140.018), =0.1060.093 (0.3040.025). Если между природными популяциями =0.0820.004 (с изменениями от =0.004 до =0.321), то в парах Ih-BajG/природная популяция оно равно =0.253, варьируя от =0.062 до =0.573. В 25 % теоретически возможных случаев выявлены статистически достоверные (<0.05) нарушения правила Харди-Вайнберга. В природных популяциях такие факты наблюдались лишь в 7.1 %. Таким образом, при введении в культуру формируется искусственная популяция I. helenium, не представляющая репрезентативно генофонд природных популяций.
Создание искусственных популяций на основе обширного исходного семенного материала может обеспечить ex situ высокий уровень популяционного разнообразия, устойчивость и продуктивность растений в новых условиях существования. Этот результат продемонстрирован нами на примере Echinacea purpurea. Исходный семенной материал, при помощи которого нами с 2000 г. осуществляется интродукция растения в Башкирском Зауральье, получен из производственных плантаций Полтавской сельскохозяйственной академии (Украина) и Средневолжской Зонально-опытной станции ВИЛАР. Из использованных 10 локусов (Aat-1, Aat-2, Aat-3, 6-Pgdh-1, 6-Pgdh-2, Mdh-2, Aph-1, Dia-1, Est-1 и Aap-1) интродуцированной популяции все были изменчивыми (=1.0, =2.60.3, =0.3320.056 и =0.3130.061), а сама она обладала генофондом, стабильным в разные годы. Аналогичные результаты получены для Е. angustifolia. В то же время выборки этих видов, созданные из семян делектусов, существенно отличались по уровню изменчивости и были значительно дифференцированы по частотам аллелей.
Коллекции ботанических садов все чаще становятся источником материала для создания плантаций по выращиванию лекарственных растений в качестве сырьевого источника. При этом представляет опасность спонтанная межвидовая гибридизация, которая может привести к загрязнению генофонда ex situ. Нами в условиях Башкирского Зауралья были введены в культуру растения с необычной морфологической изменчивостью (E-h), семена которых получены при совместном выращивании E. purpurea и E. angustifolia. Проверена гипотеза о возможном их появлении в результате межвидовой гибридизации. По ширине семядольного и первого листа (последний у E. angustifolia ланцетовидной формы, у E. purpurea - яйцевидной) проростки выборки E-h занимают положение, промежуточное между растениями двух видов. Это же заключение справедливо и для листьев растений конца первого года вегетации. На втором году жизни выборки сохранили выявленную ранее тенденцию - у гибрида ширина листа является промежуточной, что показывает и индекс листовой пластинки (2.45 против 2.04 и 4.84). По частотам аллелей и гетерозиготности локусов растения группы E-h занимают промежуточное положение между E. purpurea и E. angustifolia. Таким образом, несмотря на сравнительно высокие межвидовые различия (в среднем =0.371), при совместном выращивании, видимо, происходит спонтанное скрещивание. Близость выборки E-h к E. purpurea (=0.049), по сравнению с E. angustifolia (=0.371), видимо определяется тем, что у гибридных растений возвратные скрещивания могут чаще происходить с первым видом.
Выводы
1. Популяционное разнообразие исследованных видов лекарственных растений изменяется в широких пределах и определяется эколого-географической широтой ареалов, демографическими параметрами, биоэкологическими свойствами, численностью и изолированностью популяций, деградацией их генофондов по естественным и антропогенным причинам.
2. Виды с относительно широкими ареалами и большой численностью популяций (Aconitum lycoctonum, Thalictrum simplex, T. simplex, Quercus robur) обладают сравнительно низким уровнем межпопуляционной дифференциации. При общности генофонда в целом, у них также имеются популяции, требующие индивидуального похода при сохранении in situ и введении в культуру.
3. Повышенный уровень межпопуляционной подразделенности характерен для видов лекарственных растений с узкими ареалами (Rhodiola iremelica, Inula helenium, Glycyrrhiza korshinskyi), а также размножающихся преимущественно вегетативным способом (Cerasus fruticosa, Glycyrrhiza korshinskyi, Juniperus sabina).
4. Состояние популяций изученных видов, охраняемых на Южном Урале, неравнозначно. Популяции Rhodiola iremelica, вследствие малой численности и изолированности, действия дрейфа генов, контрастной половой и возрастной структур, находятся на пороге деградации генофонда. Охрана вида в природных местообитаниях малоперспективна, эффективно создание искусственных популяций ex situ с последующей реинтродукцией в природные условия. Генофонд большинства популяций Glycyrrhiza korshinskyi, Paeonia hybrida, Inula helenium и Juniperus sabina находится в удовлетворительном состоянии и способен самовоспроизводиться без вмешательства извне. Для этих видов требуется, главным образом, охрана в природных местообитаниях. Эндемик Южного Урала Delphinium uralense Nevski может поддерживать популяционное разнообразие за счет спонтанной эпизодической гибридизации с D. dictyocarpum. Поэтому рекомендуется осуществлять охрану местообитаний обоих видов в зоне их контакта.
5. При введении лекарственных растений в культуру угрозу представляет существенное изменение генофонда природных популяций вследствие использования узкой генетической базы исходного материала (показано на примере Inula helenium и Rhaponticum carthamoides) и неконтролируемой гибридизации близких таксонов в условиях ex situ (виды Echinacea L.). Меры сохранения ex situ и рациональное использование растительных ресурсов видов с доминированием вегетативного размножения должны базироваться на создании искусственных выборок клонов, обладающих уникальными многолокусными генотипами и представляющих широкую базу для проведения селекционных работ.
6. Выявленные закономерности и механизмы формирования и поддержания популяционного разнообразия лекарственных растений, разработанные принципы и методы сохранения и рационального использования их генофонда рекомендуется учитывать и применять не только для изученных, но и для других, не исследованных, видов с близкими биоэкологическими свойствами и состоянием популяций.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации
Статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ
1. Компоненты растений семейства Empetraceae. Флавоноиды Empetrum nigrum / Василец В.Н., Демиденко Л.А., Ермилова Е.В. и др. // Химия природ. соедин. - 1988. Ц № 6. - С. 875-876.
2. Компоненты растений семейства Empetraceae. Циклоалканы из Empetrum nigrum / Редькина Н.Н., Брянский О.В., Краснов Е.А. и др. // Химия природ. соедин. - 1989. Ц № 5. - С. 719-720.
3. Спектрофотометрическое определение спиртов в препарате УЭмпетринФ / Е.В.Ермилова Е.В., Краснов Е.А., Кадырова Т.В. и др. // Хим. - фарм. журн. - 1997. Ц Т.31, № 10. - С. 52-54.
4. Аллозимная изменчивость эндемичного растения Южного Урала Delphinium uralense Nevski и широко распространенного Delphinium dictyocarpum DC. / Федоров Н.И., Редькина Н.Н., Михайленко О.И. и др. // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2007. - № 75. - С. 373-376.
5. Баимова С.Р., Редькина Н.Н., Лыкасова И.А. Содержание тяжелых металлов в органах и тканях животных в Башкирском Зауралье // Вестник Башкирского университета. - 2007. - Т. 12. - № 2. - С. 27-29.
6. Межпопуляционная дифференциация родиолы иремельской (Rhodiola iremelica Boriss., Сrassulaceae) на Южном Урале / Янбаев Ю.А., Байрамгулов Н.Р., Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю. // Генетика. 2007. - Т. 43. - № 11. - С. 1565-1570.
7. О необходимости генетической инвентаризации для охраны редких и исчезающих видов растений / Муллагулова Э.Р., Байрамгулова З.Х., Редькина Н.Н. и др. // Вестник Башкирского университета. - 2007. -№ 1. - С. 45-46.
8. Янбаев Ю.А., Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю. Аллозимная изменчивость можжевельника казацкого (Juniperus sabina L.) на Южном Урале // Хвойные бореальной зоны. - 2007. - Т. 24. - № 2-3. - С. 325-330.
9. Баимова С.Р., Редькина Н.Н. Распределение тяжелых металлов в природных экосистемах Башкирского Зауралья // Естественные и технические науки. - 2008. - № 1. - С. 133-135.
10. Высокая пространственная структурированность аллозимных генотипов в изолированной популяции дуба черешчатого Quercus robur L. (Fagaceae) /Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю., Янбаев Ю.А., Деген Б. // Генетика. - 2008. - Т. 44 . - № 8. - С. 1-3.
11. Географическая изменчивость аллозимов Aconitum lycoctonum L. (Ranunculaceae) на Южном Урале / Федоров Н.И., Редькина Н.Н., Михайленко О.И., Янбаев Ю.А. // Ботанический журнал. - 2008. - Т. 93. - № 1. - С. 80-87.
12. Муллагулов Р.Ю., Редькина Н.Н., Янбаев Ю.А. Аллозимная изменчивость дуба черешчатого Quercus robur L. (Fagaceae) в изолированных популяциях на восточной границе ареала // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2008. - № 81/февраль. - С. 107-110.
13. Популяционная структура девясила высокого на Южном Урале / Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю., Киньябулатов С.С., Янбаев Ю.А. // Аграрная наука. - 2008. - № 8. - С. 18-20.
14. Популяционная структура пиона гибридного в Башкирском Зауралье / Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю., Акилов Р.З., Янбаев Ю.А. // Известия Оренбургского аграрного университета. - 2008. - № 1. - С. 169-170.
15. Принципы сохранения генофонда растений: их зависимость от биоэкологических свойств видов / Муллагулова Э.Р., Байрамгулова З.Х., Музафаров А.М. и др. // Известия Оренбургского аграрного университета. - 2008. - № 1. - С. 162-164.
16. Редькина Н.Н. Изучение популяционной структуры лекарственных растений как основа разработки мер по сохранению генофонда // Известия Самарского научного центра РАН. - Т.10. - № 2. - 2008. - С. 375-380.
17. Пион гибридный (Paeonia hybrida Pall.) - редкое, исчезающее растение Башкирского Зауралья: автокорреляционный анализ пространственной структуры генотипов в разных экологических условиях / Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю., Янбаев Ю.А. и др. // Сибирский экологический журнал. - 2008. - Т. 15. - - № 6. - С. 937Ц942.
18. Сохранение генофонда редких и исчезающих растений ex situ: о принципах создания синтетических популяций / Байрамгулов Н.Р., Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю., Янбаев Ю.А. - Аграрная Россия. - 2007. - № 6. - С. 21-23.
Патенты
Патент № 1647966 РФ, МПК5 А 61 К 35/78. от 18.12.92. Способ получения средства, обладающего противосудорожным действием / Краснов Е.А., Саратиков А.С., Редькина Н.Н. и др. - № 4721200; заявл. 19.07.89; опубл. 18.12.92.
Монографии
1. Популяционная структура и принципы сохранения генофонда родиолы иремельской на Южном Урале / Янбаев Ю.А., Байрамгулов Н.Р., Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю. - Уфа: БГУ, 2007. - 183 с.
2. Редькина Н.Н. Лекарственные растения как объект рационального использования и сохранения биологического разнообразия (на примере рода Empetrum L.). - Уфа: БГУ, 2007. - 140 с.
Публикации в других изданиях
1. Виды водяники и княжика - перспективные источники лекарственных препаратов / Ермилова Е.В., Розовик О.И., Андреева Т.И. и др. // Лекарственные растения в традиционной и народной медицине. - Улан-Удэ, 1987. - С.62-63.
2. Исследования по изысканию новых препаратов растительного и синтетического происхождения / Краснов Е.А., Ермилова Е.В., Редькина Н.Н. и др. // Научно-технический прогресс в медицине и биологии. - Томск, 1988. - С.89.
3. Редькина Н.Н. К изучению фармакологически активных веществ водяники черной // Актуальные вопросы клинической и теоретической медицины:. - Томск, 1989. - С. 31-32.
4. Редькина Н.Н. К вопросу создания сырьевой базы для производства растительного иммуномодулятора // Актуальные вопросы разработки, производства и применения иммунобиологических и фармацевтических препаратов: Матер. Всерос. конф. / в 2 ч. - Ч.2. - Уфа: РИО ГУП Иммунопрепарат, 2000. - С. 64-65.
5. Редькина Н.Н. Эхинацея пурпурная - эффективный фито-иммуностимулятор // Актуальные вопросы разработки, производства и применения иммунобиологических и фармацевтических препаратов: Матер. Всерос. конф. / в 2 ч. - Ч.1. - Уфа: РИО ГУП Иммунопрепарат, 2000. - С. 280-282.
6. Редькина Н.Н., Янбаев Ю.А., Самородов В.Н. Проблемы идентификации растительного материала растений рода Echinacea (L.) Moench // Актуальные вопросы разработки, производства и применения иммунобиологических и фармацевтических препаратов: Матер. Всерос. конф. / в 2 ч. - Ч.2. - Уфа: РИО ГУП Иммунопрепарат, 2000. - С. 66-68.
7. Популяционная структура Delphinium elatum L. на Южном Урале / Федоров Н.И., Канчурин М.Н., Редькина Н.Н. и др. // Генетические аспекты сохранения биологического разнообразия. - Уфа: БГУ, 2000. - С. 90-97.
8. Редькина Н.Н., Самородов В.Н. Сравнительный анализ морфологических параметров проростков эхинацеи пурпурной из различных географических мест // Труды Сибайского института Башкирского государственного университета: сб.статей. - Сибай, 2001. - С. 110-112.
9. Yanbaev Y.A.., Redkina N.N. Genetic variability of forest tree populations in the Southern Urals // Abstracts of International conference Dynamics and conservation of genetic diversity in forest ecosystems (Strasbourg, France, December 2nd-5th 2002). - INRA, IUFRO, 2002. - P. 149.
10. Байрамгулов Н.Р., Янбаев Ю.А., Редькина Н.Н. Исследование популяций лекарственных растений как необходимый этап их введения в культуру // Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур: сб. матер. VII Всерос. конф. (Пенза, 18-19 февраля 2003 г.). - Пенза: ПГСХА, 2003. - С. 132-135.
11. Редькина Н.Н., Карагулова А.М., Заманова С.С. Выращивание эхинацеи пурпурной и тёмно-красной в Башкирском Зауралье: опыт первых лет интродукции // Приоритет России 21 века: от биосферы и техносферы к ноосфере: сб. матер. междунар. науч.-практич. конф. - Пенза: ПГСХА, 2003. - С.145-147.
12. Редькина Н.Н., Янбаев Ю.А., Самородов В.Н. Изоферментный анализ эхинацеи пурпурной и ее сорта Магнус // Матер. междунар. науч. конф. (Полтава, 7-11 июля 2003 г.). - Полтава, 2003. - С. 92-95.
13. Закономерности межвидовых различий Delphinium dictiocarpum DC. и Delphinium uralense Nevski на Южном Урале по содержанию дитерпеновых алкалоидов / Федоров Н.И., Михайленко О.И., Габбасов Т.М. и др. // Научные доклады конф. Неделя науки - 2003 Сибайского института Башкирского государственного университета: Ч.1. / Изд-е Сибайского института БашГУ. - Сибай, 2004. - С. 19-24.
14. Юнусова А.М., Редькина Н.Н. Изменчивость ферментов эхинацеи пурпурной // Современные направления изучения флоры и растительности: матер. регион. науч.-практич. конф. (Бирск, 1-3 июля 2005 г.). - Бирск, 2005. - С. 48-50.
15. Юнусова А.М., Редькина Н.Н. Успехи возделывания Echinacea purpurea в условиях Башкирского Зауралья // Города России: проблемы строительства, инженерного строительства, благоустройства и экологии: сб. матер. VII междунар. науч.-практич. конф. - Пенза: РИО ПГСХА, 2005. - С. 222-224.
16. Запас генетического разнообразия эхинацеи пурпурой, интродуцированной в Башкирском Зауралье / Редькина Н.Н., Лыкасова И.А., Юнусова А.М., Баимова С.Р. // Актуальные проблемы ветеринарной медицины и производства продукции животноводства и растениеводства: матер. междунар. науч.-практич. конф. (Троицк, 15 и 22-23 марта 2006 г.). - Троицк: УГАВМ, 2006. - С. 323-325.
17. Редькина Н.Н., Юнусова А.М. Морфологическая изменчивость Echinacea purpurea (L.) Moench. в Башкирском Зауралье // Сучаснi науковi дослiдження-2006: материали II мижнародноi науково-практичноi конференцii. - Днiпропетровськ: Наука i освiта, 2006. - Т. 20. - С. 36-38.
18. Метод повышения всхожести и энергии прорастания солодки Коржинского / Байрамгулова З.Х., Редькина Н.Н., Байрамгулов Н.Р., Муллагулов Р.Ю. // Научные доклады регион. конф. Неделя науки-2006 (г. Сибай, 3-7 апреля 2006 г.). Ч. 1. / Изд-е Сибайского института БашГУ. - Сибай, 2007. - С. 79-83.
19. Муллагулова Э.Р., Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю. Генетическая дифференциация разновысотных выборок можжевельника казацкого // Матер. Всерос. науч.-практич. конф. Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном производстве. - Киров, 2007. - С. 216-218.
20. Муллагулова Э.Р., Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю. К определению ресурсов можжевельника казацкого на хребте Ирандык // Матер. междунар. науч.-практич. конф. Современные проблемы природопользования, охотоведения и звероводства (Киров, 22-25 мая 2007 г.). - 2007. - С. 305.
21. Муллагулов Р.Ю., Редькина Н.Н., Янбаев Ю.А. Изолированная популяция дуба черешчатого в Башкирском Зауралье: обоснование необходимости ее охраны // Башкирский экологический вестник. - 2007. - № 2. - С. 38-39.
22. Редькина Н.Н. Влияние экологических факторов на габитуальные признаки растений в техногенных условиях // Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства: : сб. статей II междунар. науч.-практич. конф. - Пенза: РИО ПГСХА, 2007. - С. 147-149.
23. Редькина Н.Н. Состояние генофонда эхинацеи, интродуцированной в Башкирском Зауралье // Матер. междунар. науч. конф. "Растительный мир и его охрана" (Алма-Ата, Казахстан, 12-14 сентября 2007 г.) - 2007. - С. 250-252.
24. Редькина Н.Н. Экологические и экономические аспекты сохранения генетического разнообразия лекарственных растений // Матер. IV Междунар. науч.- практич. конф. Наука, образование, производство в решении экологических проблем Экология-2007 (Уфа, 1 декабря 2007 г.). - 2007. - С. 245-248.
25. Редькина Н.Н., Михайленко О.И. Популяционный полиморфизм Delphinium uralense Nevski - эндемичного растения Южного Урала // Матер. российской конф. vi сибирское совещания по климато-экологическому мониторингу (Томск, 8-10.10.07). - 2007. - С. 274-276.
26. Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю., Акилов Р.З. Актуальные вопросы сохранения биоразнообразия пионов (Paeonaceae) Южного Урала // Научные доклады регион. конф. Неделя науки-2006 (г. Сибай, 3-7 апреля 2006 г.). Ч. 1. / Изд-е Сибайского института БашГУ. - Сибай, 2007. - С. 129-134.
27. Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю., Киньябулатов С.С. Полиморфные изоферментные системы девясила высокого // Научные доклады регион. конф. Неделя науки-2006 (г. Сибай, 3-7 апреля 2006 г.). Ч. 1. / Изд-е Сибайского института БашГУ. - Сибай, 2007. - С. 88-91.
28. Редькина Н.Н., Сагинбаева А.А. Опыт работ по сохранению генофонда рода Prunus L. в Европе // Научные доклады регион. конф. Неделя науки-2006 (г. Сибай, 3-7 апреля 2006 г.). Ч. 1. / Изд-е Сибайского института БашГУ. - Сибай, 2007. - С. 78-79.
29. Формирование генетического разнообразия популяций растений на техногенных землях / Музафарова А.А., Кулагин А.А., Редькина Н.Н., Янбаев Ю.А. // Экология человека: концепция фактора риска, экологической безопасности и управления рисками: сб. статей IV Всерос. науч.-практич. конф. - Пенза: РИО ПГСХА, 2007. - С.96-98.
30. Янбаев Ю.А., Муллагулов Р.Ю., Редькина Н.Н. Методологические вопросы изучения генофонда редких и исчезающих растений при помощи изоферментных маркеров // Научные доклады регион. конф. Неделя науки-2006 (г. Сибай, 3-7 апреля 2006 г.). Ч. 1. / Изд-е Сибайского института БашГУ. - Сибай, 2007. - С. 91-94.
31. Янбаев Ю.А., Редькина Н.Н. Экологические проблемы горнорудных районов Башкортостана и пути их решения // Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи: матер. IV междунар. науч.-технич. конф. (г. Сибай, 18-21 июня 2007 г.). - Магнитогорск: МГТУ, 2007. - С. 120-122.
32. Янбаев Ю.А., Редькина Н.Н., Бахтиярова Р.М. Экологическая обусловленность пространственной неоднородности внутрипопуляционного генетического разнообразия // Матер. междунар. науч. конф. Промислова ботаника: стан та перспективи розвитку (Донецьк, Украина, 24-26 вересня 2007 р.). - 2007. - С. 462-465.
33. Янбаев Ю.А., Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю. Плотность популяции как фактор формирования генетического разнообразия // Матер. междунар. науч.-практич. конф. Рациональное использование и воспроизводство лесных ресурсов в системе устойчивого развития (г. Гомель, Белоруссия, 5-7 сентября 2007 г.). - Гомель: Институт леса НАН Беларуси, 2007. - С. 326-329.
34. Анализ внутри- и межпопуляционного разнообразия как основа для разработки стратегии охраны редких видов растений / Федоров Н.И., Редькина Н.Н., Янбаев Ю.А. и др. // Матер. междунар. науч.-практич. конф. Природное наследие России в 21 веке (Уфа, 25-27 сентября 2008 г.). - С. 405-406.
35. Динамика популяционной структуры Rhodiola iremelica Boriss. в условиях антропогенного пресса / Байрамгулов Н.Р., Янбаев Ю.А., Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю. // Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России: сб.статей VI междунар. науч.-практич. конф. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - С. - 22-25.
36. Выбор объектов охраны in situ на примере пиона гибридного с использованием изоферментных маркеров / Редькина Н.Н., Муллагулов Р.Ю., Акилов Р.З. и др. // Матер. межрегион. науч.-практич. конф. Роль особо охраняемых природных территорий в решении экологических проблем. - Йошкар-ола, 2008. - С. 118-120.
37. Редькина Н.Н. Об адаптационных процессах у расторопши пятнистой при интродукции в условиях Башкирского Зауралья // Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур: сб. статей XII Всерос. науч.-практич. конф. - Пенза: РИО ПГСХА, 2008. - С. 137-139.
38. Клоновый состав у можжевельника казацкого на краю ареала / Муллагулов Р.Ю. Редькина Н.Н., Янбаев Ю.А., Муллагулова Э.Р. // Труды Института биоресурсов и прикладной экологии /Матер. IV междунар. конф. Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий (Оренбург, 29-31 мая 2008 г.). - Оренбург. - 2008. - С. 141-143.
39. Обоснование принципов сохранения популяционного разнообразия девясила высокого на основе изоферментного анализа \ Редькина Н.Н., МуллагуловР.Ю., Янбаев Ю.А., Киньябулатов С.С. // Башкирский экологический вестник. - 2008. - № 1 - С. 36-38.
1 Алкалоидоносное растение. Имеет общеукрепляющее, ранозаживляющее, противоопухолевое, мочегонное свойства, применяется при нарушениях обмена веществ, нервных расстройствах (Benn, Jacyno, 1983; Садритдинов и др., 1980).
2 Содержит сумму алкалоидов. Применяется в народной медицине как бактерицидное, кровоостанавливающее средство, при заболеваниях органов пищеварения, нервных расстройствах (Лекарственные Е, 1991).
3 Является перспективным источником дитерпенового алкалоида лаппаконитина - действующего вещества антиаритмического препарата аллапинина (Юнусов, 1996)).
4 Используется в народной медицине в качестве витаминного, отхаркивающего, жаропонижающего средства. Содержит витамины С, А, В, РР, органические кислоты, богата минеральными веществами, особенно железом (Телятьев, 1991).
5 Эфиромасличное растение, обладающее фитоцидным и протистоцидными свойствами. Используется в народной медицине (Телятьев, 1991).
6 Официнальный вид, плоды которого содержат эфирные масла, органические кислоты и сахара. Применяется как мочегонное, отхаркивающее и улучшающее пищеварение средство (Государственная фармакопея Е, 1989).
7 Фармакопейный вид, в коре которого - до 12 % дубильных веществ. Применяется как вяжущее и противовоспалительное средство (Государственная фармакопея Е, 1989).
8 В рамках проекта № 3/07 Ecological and genetic investigations with respect to biodiversity and monitoring Межправительственного договора о сотрудничестве между РФ и ФРГ в области аграрных исследований на 2007-2008 г.г.
9 Является потенциальным источником дитерпеновых алкалоидов при условии введения в культуру (Федоров, 2006).
10 Фармакопейный вид, содержащий эфирные масла, сапонины, полисахариды. Отхаркивающее, противовоспалительное средство (Государственная фармакопея Е, 1989).
11 Применяется в народной медицине как отхаркивающее, противовоспалительное, общеукрепляющее средство. Содержит тритерпеновый сапонин глицерризин (Кучеров и др., 1976)
12 Близок по химическому составу и фармакологическому действию к фармакопейному виду R. rosea L. (Краснов, Саратиков, 1987), биостимулятор, адаптоген.
13 Применяется в народной медицине как седативное, улучшающее пищеварение, противоопухолевое средство. Фармакологически аналогичен официнальному виду P. anomla L. (Лекарственные Е, 1991).
14 Применяется в научной медицине как тонизирующее средство (Лекарственные Е, 1991)
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии