авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

НАУКИ

БОТАНИЧЕСКИЙ САД

УРАЛЬСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

КОШЕЛЕВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА

СТРУКТУРНО – ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

SILYBUM MARIANUM (L.) GAERTN. В УСЛОВИЯХ ИНТРОДУКЦИИ НА

СРЕДНЕМ УРАЛЕ

Специальность 03.02.01 – «Ботаника»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель – доктор биологических наук, профессор С.А. Шавнин Екатеринбург – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение……………………………………………………………………. Глава 1. Основные подходы к изучению структурно-функциональной изменчивости растений……………………………………………………. 1.1. Историческая справка изучения «изменчивости»…………………… 1.2. Основные тенденции развития структурно-функциональных классификаций растений…………………………………………………… 1.3. Структурно-функциональная организация растительной системы… Глава 2. Материалы и методы исследования…………………………… 2.1. Объект исследования…………………………………………………. 2.1.1. Ботаническая характеристика вида Silybum marianum (L.) Gaertn.. 2.1.2. Ареал Silybum marianum (L.) Gaertn ….…………………………….. 2.1.3. Химический состав Silybum marianum (L.) Gaertn ……..………… 2.2. Полевые исследования и камеральная обработка материала……… 2.3. Материал исследования………………………………………………. 2.4. Методика сбора материала и анатомо-морфологический анализ… 2.5. Определение состава вторичных метаболитов……………………… 2.6. Методика математической обработки………………………………. 2.6.1. Математический алгоритм «Радикальный показатель системы сжатых отображений» (Рп ССО) анализа качественных и количественных морфологических признаков………………………… 2.6.2. Анализ взаимосвязи анатомо-морфологических признаков с биохимическими параметрами…………………………………………… Глава 3. Пространственно-временная структура генеративной и вегетативной сфер Silybum marianum (L.) Gaertn.………………………… 3.1. Исследование комплекса анатомо-морфологических признаков плодов Silybum marianum (L.) Gaertn.…………………………………… 3.2. Исследование комплекса морфологических признаков соцветий Silybum marianum (L.) Gaertn.……………………………………………. 3.3. Исследование комплекса морфологических признаков листа Silybum marianum (L.

) Gaertn.……………………………………………… 3.4. Основные характеристики побега Silybum marianum (L.) Gaertn…. Глава 4. Особенности накопления фенольных соединений Silybum marianum (L.) Gaertn. в зависимости от условий произрастания……… 4.1. Качественный состав флавоноидов и фенолкарбоновых кислот в листьях Silybum marianum (L.) Gaertn.…………………………………… 4.2. Количественное определение суммы флавоноидов в листьях и флаволигнанов в плодах Silybum marianum (L.) Gaertn……………….. 4.3. Сезонное развитие Silybum marianum (L.) Gaertn…………………. 4.4. Связь внутривидовой изменчивости по морфологическим признакам с биохимическими параметрами………………………………. Глава 5. Алгоритм базы данных по внутривидовой изменчивости Silybum marianum (L.) Gaertn.……………………………………………. 5.1. Схема базы данных по внутривидовой изменчивости признаков Silybum marianum (L.) Gaertn.……………………………………………. 5.2. Общая характеристика морфогенетических групп вида Silybum marianum (L.) Gaertn.………………………………………………………. Выводы………………………………….......................................................... Список используемой литературы ……………………………………….. ПРИЛОЖЕНИЕ ……………………………………………………………. ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследования. В современном мире остро стоит проблема сохранения биологического разнообразия лекарственных растений в связи с нерациональным использованием сырьевых ресурсов. Важнейшими центрами, занимающимися этой проблемой, являются Ботанические сады. При этом одним из приоритетных направлений их деятельности является интродукция, то есть введение в культуру растений видов, имеющих небольшие природные ареалы, а также видов не местной флоры, находящихся на грани исчезновения с целью сохранения их генофонда через культивирование.

Для комплексного изучения состояния интродуцентов на территории Ботанических садов используют следующие методы исследования: изучение ритмов роста и развития, особенности морфо- и онтогенеза, особенности репродуктивной биологии и сравнительной анатомии. В основном большинство этих методов основывается на исследовании изменчивости морфологических и биохимических признаков на популяционном, видовом или организменном уровнях, что позволяет собрать большой статистический материал для планирования долгосрочного содержания растительных коллекций.

В последнее время наиболее актуальными в этом направлении становятся исследования внутривидового разнообразия лекарственных растений с целью выявления наиболее продуктивных форм с заданным накоплением биологически активных веществ.

В связи с этим, объектом исследования был выбран полиморфный вид расторопша пятнистая (Silybum семейства marianum (L.) Gaertn.) сложноцветные (Asteraceae), произрастающий на территории Средиземноморья. В интродукции, а в частности с точки зрения промышленного возделывания, с целью получения ценного лекарственного сырья, данный вид выращивается и изучается на Украине и в Сибири. Особое внимание отечественными и зарубежными учеными уделяется изучению химического состава плодов расторопши. Известно, что в плодах расторопши содержится уникальная группа фенольных соединений – флаволигнаны, которые обладают антиоксидантными и гепатопротекторными свойствами. На ее основе создан ряд препаратов европейского и российского производства:

Силибор (Россия), Силимар (Россия), Легалон (Германия), Карсил (Болгария) и др. Однако, следует отметить, что расторопша в основном является объектом изучения медицинских и сельскохозяйственных наук, поэтому остается ряд не решенных вопросов, затрагивающих фундаментальные проблемы биологии.

Отсутствие исследований по морфологической структуре, а также взаимосвязи содержания биологических активных соединений с морфоструктурой растения делает этот вид оптимальным для исследований по изучению закономерностей изменчивости морфоструктуры растения и биохимической пластичности вида.

Цель и задачи исследования. Цель работы – анализ изменчивости и выявление закономерностей структурно-функциональной организации расторопши пятнистой (Silybum marianum (L.) Gaertn.) в условиях Среднего Урала.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Выявить основные закономерности формирования морфологической (фенотипической) структуры по комплексу качественных и количественных признаков побега, соцветия, плода, листа на примере четырех модельных групп (МГ) S. marianum;

2. Изучить динамику накопления биологически активных соединений в семенах и листьях S. marianum в зависимости от условий произрастания;

3. Изучить сезонный ритм развития S. marianum в разных условиях произрастания.

4. Создать алгоритм базы данных внутривидовой изменчивости S.

marianum по морфологическим характеристикам в условиях интродукции на Среднем Урале.

Основное положение, выносимое на защиту:

Ключевые признаки: окраска семенной кожуры, толщина слоев перикарпия, форма листа, опушение листовой пластинки, «колючесть»

соцветия, опушение стебля позволяют прогнозировать накопление флавоноидов в листьях и флаволигнанов в плодах S. marianum.

Научная новизна. Впервые проведено изучение внутривидовой изменчивости морфологических параметров генеративной и вегетативной сферы S. marianum в интродукционном эксперименте в двух точках (на примере г. Екатеринбурга и с. Байкалово, Свердловской области). Выявлены ключевые признаки плодов, соцветий, листьев для установления принадлежности тех или иных растений S. marianum к определенной морфогенетической группе.

Изучено накопление биологически активных соединений флаволигнанов в семенах, флавоноидов и фенолкарбоновых кислот в листьях разных групп S.

Установлены закономерности накопления флаволигнанов от marianum.

морфометрической структуры генеративной сферы. Создана база данных по изменчивости качественных признаков вегетативной сферы S. marianum.

Теоретическое и практическое значение. Результаты исследования вносят вклад в фундаментальные и прикладные аспекты медико-биологических наук, в частности – в решение проблемы формирования структурно-функциональной организации растения, на примере S. marianum. Полученные данные по морфологической структуре вида позволяют выявлять наиболее перспективные для интродукции генотипы и группы особей для получения лекарственных форм сырья с разным накоплением биологически активных соединений.

Показаны преимущества комплексного анализа морфологической и биохимической структуры вида S. marianum.

Личный вклад автора. Автором выполнена работа по закладке эксперимента в двух точках (г. Екатеринбург и с. Байкалово) и по сбору материала для морфологического и биохимического анализа. Автор лично выполнил лабораторные исследования (морфометрические измерения, анатомические срезы плодов, количественное определение флавоноидов в листьях и флаволигнанов в плодах расторопши пятнистой), статистический анализ данных, интерпретацию и обобщение полученных результатов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, из них 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Апробация работы. Результаты исследования были представлены на Всероссийской, с международным участием, конференции молодых ученых, посвященной 90-летию Уральского государственного университета им. А.М.

Горького «Биология будущего: традиции и инновации» (Екатеринбург, 2010), XVI Всероссийском Конгрессе «Экология и здоровье человека» (Самара, 2011), XXIV Зимней молодежной научной школы «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» (Москва, 2012).

По теме диссертации было выполнено 5 дипломных проектов кафедрой ботаники и фармакогнозии Уральской Государственной Медицинской Академии: «Сравнительная оценка фармакологических свойств у различных генетических форм расторопши пятнистой (Silybum marianum L.)» (2009), «Динамика накопления флавоноидов в семенах расторопши пятнистой (Silybum marianum (L.) Gaertn.)» (2011), «Анализ накопления БАС в новом для фармакопеи сырье Silybum marianum (L.) Gaertn.» (2011), «Сравнительный анализ фенольных соединений в проростках расторопши пятнистой (Silybum marianum (L.) Gaertn.)» (2012), «Оценка качества сырья расторопши пятнистой (Silybum marianum (L.) Gaertn.), поступающего в аптечную сеть» (2012).

Благодарности. Автор глубоко признателен коллективу лаборатории Интродукции травянистых растений Ботанического сада УрО РАН, в частности – д.б.н. Шавнину С.А., к.б.н. Неуймину С.И., к.б.н. Васфиловой Е.С., Болотник Е.В. за всестороннюю помощь. Автор благодарен к.с-х.н. Флягину Е.Н. и Костициной М.В. за своевременную помощь и обсуждение результатов, а также к.х.н. Алексеевой Л.И. за проведенный ею ВЭЖХ-анализ и обсуждения полученных по нему результатов.

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта № 12-С-4-1028 и интеграционного проекта № 20 СО РАН «Адаптационные механизмы в природных и интродукционных популяциях растений Сибири и Урала» (г.

Новосибирск) и Молодежного Гранта УрО РАН № 11-4-НП-344 «Мониторинг состояния интродукционных и естественных популяций рода Silybum L.и рода Prunella L. на Среднем Урале по изменчивости структурных и функциональных признаков» (г. Екатеринбург).

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ СТРУКТУРНО ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ 1.1. Историческая справка изучения «изменчивости»

Одной из основных проблем в биологии является проблема сохранения и изучения биологического разнообразия. В течение всей научно исследовательской деятельности постоянно происходит поиск общих законов, управляющих естественным разнообразием и математически точному описанию морфологических закономерностей (Васильев и др., 2009).

Изучение изменчивости имеет первостепенное практическое значение.

Еще Дарвин указал, что эволюция немыслима без изменчивости, и поэтому изучение фактов, относящихся к изменчивости, есть составная часть изучения эволюции (Майр, 1947).

В ходе развития биологической науки было сделано много попыток собрать, каталогизировать, классифицировать различные проявления изменчивости в природе (Филипченко, 1927). Так, Ю.А. Филипченко (1978) выделил две категории изменчивости: индивидуальная и групповая.

В первом случае речь идет об отличиях между особями даже в однородном материале, а во втором – о различиях между группами особей, всегда относящихся к одному виду (Филипченко, 1978). Автор отмечал неясность разграничения индивидуальной и групповой изменчивости. Дело в том, что в понятие изменчивости входят два различных элемента: чисто статистический и динамический. Статистический элемент подразумевает рассмотрение изменчивости как известное состояние, а динамический – изменчивость как процесс. При этом каждое состояние возникает в результате известного процесса: все индивидуальные и групповые отличия, которые мы наблюдаем, возникли под влиянием тех или иных причин. Таким образом, мы переходим к изучению динамики изменчивости и говорим об изменчивости как о процессе (Филипченко, 1978).

П.В. Терентьевым (1957) была предложена своя классификация изменчивости: топографическая (географическая), морфическая (связана с экологическими условиями и определенными стадиями развития) и неопределенная (подчиняется нормальной кривой изменчивости).

Особое внимание изучению изменчивости растений внутри вида уделяла Е.Н. Синская (1963, 2002). Она указывает на наличие следующих категорий изменчивости: флюктуации, обратимые колебания приспособительного характера, клональная изменчивость, возрастная изменчивость, изменчивость вследствие нарушения гомеостазиса растительного организма, групповая изменчивость, гибридизационная и интрогрессивная изменчивость, рядовая, скрытая и явная изменчивость, географическая и экологическая изменчивость (Синская, 1938, 1948, 1963, 2002).

По мнению С.А. Мамаева (1972), основная цель в классификации феномена изменчивости заключается в выявлении закономерности структурообразовательных процессов. Им были выделены следующие формы изменчивости: индивидуальная, половая, хронографическая, экологическая, географическая, гибридогенная;

и следующие три основных критерия изменчивости: изменчивость структурных признаков, изменчивость функциональных признаков и изменчивость качественных (химических) признаков (Мамаев, 1972).

Наиболее значимыми являются изучение индивидуальной и групповой изменчивости в пределах вида. Одним из ведущих исследователей внутривидовой изменчивости является Н.И. Вавилов, который на основе фактического материала по параллельной изменчивости морфологических и физиологических признаков дикорастущих и культурных растений поставил задачу систематизации явлений внутривидовой изменчивости и сформулировал выявленные закономерности в «Закон гомологичных рядов в наследственной изменчивости» (Вавилов, 1920). По его мнению, при сравнении генетически близких видов и родов каждый из них может быть охарактеризован комплексом неварьирующих признаков, присущих всем формам и особям, входящим в состав данного вида. Для условного описания этого комплекса признаков, постоянных в пределах вида или рода и отражающих его морфологическую, физиологическую и генетическую специфику, но отличающих его от других видов и родов, Н.И. Вавилов (1920) предложил назвать «радикал». Таким образом, радикал – это постоянные признаки вида, по которым легче всего распознать принадлежность растения к тому или иному виду (Синская, 2002).

К закону Вавилова постоянно возвращаются современники, которые пытаются модернизировать его или сформулировать свой закон для объяснения полученных закономерностей в своих исследованиях (Филипченко, 1925;

Кренке, 1933-1935;

Синская, 2002;

Неуймин, 2011). Особенно часто можно встретить указания на его прогностическую ценность (Васильев и др., 2009).

Так, Н.И. Вавиловым (1920) было отмечено, что «по мере углубления исследования биолог перейдет от морфологических признаков к физиологическим и биохимическим свойствам. Будущее принадлежит дифференциальной систематике на основе биохимических и физиологических отличий в пределах вида» (Вавилов, 1920).

Изучая изменчивость признаков, Н.П. Кренке (1933-1935) ввел понятие «феногенетической изменчивости». В основе его исследований являлось выявление закономерностей изменчивости признаков расчлененности листовой пластинки. Н.П. Кренке были построены «феногенетические ряды», отражающие последовательность появления листьев определенной формы и расчлененности в процессе онтогенеза побега. В пределах отдельного побега расчлененность листьев возрастает от основания к середине, а затем снова уменьшается к верхушке (Кренке, 1940). В результате его данные были обобщены в «теории циклического старения и омоложения растений», а затем в «закон родственных отклонений» (Корона, 1987;

Корона, Васильев, 2007).

Сопоставляя свой закон родственной изменчивости с законом гомологичных рядов Н.И. Вавилова, Н.П. Кренке пишет, что его обобщение относится к изменчивости индивидуума, а Н.И. Вавилов анализировал групповую изменчивость видов и родов. По мнению Кренке, групповая изменчивость первично происходит от соответствующего изменения одного или нескольких индивидуумов. На этом основании он считает, что в основе законов аналогичной изменчивости по Дарвину и гомологичной групповой изменчивости Вавилова лежит закон «родственной индивидуальной изменчивости», так как характер проявления изменчивости в обоих случаях одинаков (Васильев и др., 2009).

Закон Н.П. Кренке не остался незамеченным. Так, С.В. Мейен (1978), развивая идеи Н.И. Вавилова и Н.П. Кренке, предложил понятия «мерон» и «рефрен» (Мейен, 1978). Под «мероном» понимается упорядоченное полиморфическое множество, а под «рефреном» повторение набора состояний конкретных признаков в гомологичных рядах Вавилова, а их упорядоченность в соответствии с «некоторыми правилами преобразования», что явно просматривается в «трансформационных» феногенетических рядах Кренке.

Идея «феногенетической изменчивости» листьев растений получила свое развитие в работах В.В. Короны (2007). Автором построена модель клеточного автомата, позволяющая имитировать на модульном уровне организации развитие системы жилкования у листьев различных систематических групп растений. Анализ условий и особенностей реализации модели позволил выделить ведущие морфогенетические механизмы, определяющие конкретный облик листовых пластинок, и прогнозирования наиболее вероятных направлений морфологической изменчивости (Корона, 2007).

А.Г. Васильев (2009) определил феногенетическую изменчивость как реализацию обусловленных развитием законов возможного преобразования отдельных морфоструктур и обсуждал ее с позиции эпигенетической теории М.А. Шишкина. По А.Г. Васильеву феногенетическая изменчивость содержит два компонента: детерминистическую (организующую) и стохастическую (случайную). Организующая составляющая – эпигенетическая изменчивость 1988), обусловленная структурой креода и расстановкой (Васильев, эпигенетических порогов, случайная – реализационная изменчивость, позволяющая спонтанно переключать программы развития (Астауров, 1974;

Струнников и др., 1991;

Васильев, 2009). Поскольку условия развития особи и ее геном для левой и правой сторон организма или его метамеров в норме практически одни и те же (Астауров, 1974), то феногенетическая изменчивость – это внутрииндивидуальная изменчивость, которая обусловлена отклонениями в индивидуальном развитии, т.е. эпигенетическими причинами (Васильев, 2005, 2009).

Одной из основных проблем изучения изменчивости является проблема выявления взаимосвязей и объяснения процесса изменчивости. В основном, все взаимосвязи исследователи старались объяснить с помощью математических алгоритмов.

Так, Н.С. Ростова (2009), проанализировав основные методы, используемые в обработке результатов, разделила их на две группы:

классический статистический и многомерный анализы. При первом анализе исследователи оценивают степень надежности обнаруженных различий между изучаемыми формами по каждому отдельному признаку. Во втором – на основании согласованной изменчивости многих признаков получается определенное упорядоченное распределение всех изучаемых объектов по комплексу характеристик (Ростова, 2009).

Наиболее часто используются методы многомерного анализа, которые опираются на анализ корреляционных матриц. Значительные различия обнаружены между корреляциями в индивидуальной и межгрупповой, индивидуальной и метамерной изменчивости морфологических признаков, на разных этапах онтогенеза, в изменчивости дефинитивных значений признаков и в динамике, по реакции на внешние воздействия. Связи в межгрупповой, метамерной и динамической изменчивости в большинстве случаев сильнее, чем в индивидуальной изменчивости дефинитивных значений. Различия по структуре связей в разных видах и уровнях изменчивости выражены сильнее, чем между индивидуальной изменчивостью в разных условиях и у форм разной степени родства (Ростова, 2009).

Различия системы корреляций у разных сортов, групп, форм, таксонов выражаются также в степени пластичности ее структуры. Установлено, что высокая пластичность структуры связей характерна для эврибионтных форм и является дополнительным механизмом адаптации к существованию в разнообразных условиях среды (Ростова, 2000, 2009).

А.К. Мамкаев (1986) при изучении белых берез на Урале установил, что основные закономерности внутривидовой изменчивости универсальны. Она имеет определенную природу (модификационную или генотипическую) и структуру, показателями которой служат уровень организации ее проявления (организменный, межорганизменный, межпопуляционный), конкретные формы изменчивости и ее различные категории (Филипченко, 1927;

Мамкаев, 1986).

Важный показатель структурной внутривидовой изменчивости – оценка вклада отдельных ее форм в общую фенотипическую изменчивость. Это дает возможность с известной степенью приближения определить компоненту паратипической (средовой) и генотипической изменчивости и определить основные направления внутривидовой изменчивости (Глотов, 1975;

Мамкаев, 1986).

В последнее время наибольший размах набирают исследования, посвященные изучению структурно-функциональной изменчивости растений.

Большой интерес представляет взаимосвязь между структурными и функциональными признаками в плане выявления четких морфологических признаков, коррелирующих с химическим составом растений (Тихонова, 1992).

Так, у вики мохнатой была обнаружена сопряженность между пространственной формой роста и опушенностью листьев (Синская, 1963).

Обнаружены корреляции между морфологическими показателями Chaerophyllum aureum и составом флавоноидов (Jonnet, 1985);

характером опушения и содержанием эфирного масла у душицы (Werker and oth., 1985).

В особую группу исследований входят исследования, посвященные изучению корреляционных связей размеров и окраски цветка. Так, в маке масличном с белыми цветками больше опиума, чем в растения с лиловыми цветками (Бекетовский, 1959). У тимьяна обыкновенного формы с мелкими цветками отличаются более высокой эфиромасличностью по сравнению с крупноцветковыми;

у форм с белой и розовой окраской венчика содержание эфирного масла больше, чем у темно-розовых (Кондратенко, 1975). У живучки туркестанской растения с розово-пурпурными цветками содержат значительно меньше экдистероидов, чем с белыми цветками (Ганиев и др., 1990).

Другим направлением исследований являются исследования по взаимосвязи кариотипа с морфологическими признаками. Так, у ревеня Виттрока содержание таннидов в подземных органах гексаплоидных форм выше, чем в тетраплоидных (Аллаяров, 1973).

Следует отметить, что с применением биохимических подходов продолжает развиваться направление ботаники – хемосистематика (хемотаксономия, биохимическая систематика), изучающее взаимосвязь химического состава с систематическим положением растений (Высочина, 1999). Так, Е.П. Храмовой (2010) и Г.И. Высочиной (2010) был проведен анализ эндогенной и индивидуальной изменчивости 11 морфологических и биохимических признаков Pentaphylloides fruticosa (L.) O.Schwarz. Отмечена значительная изменчивость количественных признаков на эндогенном уровне.

На индивидуальном уровне большинству изученных признаков свойственна низкая и очень низкая вариабельность. Показано, что качественный состав флавоноидов в пределах особи и между отдельными растениями не изменяется (Храмова, 2010).

Изучен комплекс морфологических, географических и биохимических признаков видов секции Onobrychium Bunge рода Astragalus L. – A. adsurgens Pallas, A. austrosibiricus Schischkin, A. inopinatus Boriss. и A. onobrychis L.

Исследованы корреляционные связи признаков – длина прицветников, длина трубки чашечки, длина зубцов чашечки, длина флага, ширина флага и соотношение содержания кверцетина к сумме агликонов – кемпферола, изорамнетина, рамноцитрина (Коцупий и др., 2012).

Таким образом, в настоящее время, одним из основных подходов к изучению изменчивости является структурно-функциональный подход, который широко используется систематиками для анализа внешних проявлений признаков.

1.2. Основные тенденции развития структурно-функциональных классификаций растений В современной науке существуют различные подходы к созданию классификаций растений. В частности, существуют классификации жизненных форм (Гумбольт, 1936;

Серебряков, 1962;

Гризебах, 1874;

Безделев, 2006), эколого-фитоценотических стратегий (Алеев, 1986) и функциональных типов растений (Миркин и др., 1985, 1998, 2001). В основе всех этих классификаций в первую очередь лежат признаки, отражающие адаптационные приспособления растений (Злобин, 2009, 2012). Так, для классификаций жизненных форм используют качественные морфологические признаки габитуса растения, для эколого-фитоценотических стратегий используют особенности растений, характерные для типичных мест их произрастания, для функциональных систем используют метрические, количественные признаки. Для выделения функциональных типов растений используют различные подходы:

индуктивный, включающий неконтролируемые и контролируемые классификации, трехматричный подход и ряд математических методов, такие как кластерный анализ, дисперсионный анализ и другие (Смирнов, 2007).

В свою очередь, с каждым годом увеличивается количество исследований в области структурно-функциональной классификации растений на популяционном и внутрипопуляционном уровне. Данная классификация, является наиболее крупной и включает в себя все перечисленные выше классификации.

На современном этапе развития биологической науки все больше внимания уделяется изучению внутривидового полиморфизма растений с использованием различных методов изучения. С.С. Шварцем (1963) отмечено, что проявления внутривидовой изменчивости чрезвычайно многообразны и сложны и «любая попытка их классификации будет в какой-то степени односторонней и формальной» (Шварц, 1963). Прежде всего, следует отметить, что в основном классификации внутривидовой изменчивости основываются на учете типа варьирующего признака (Сукачев, 1938, Zederbauer, 1907, Мамаев, 1972).

С увеличением и усовершенствованием методов изучение комплекса признаков внутривидовой изменчивости растений позволяет собрать большой статистический материал. В связи с этим создаются базы данных и классификации для более удобного хранения информации, в целях систематизации и упрощения работы специалистов из других отраслей науки. В частности такие работы, проводятся в институтах, Ботанических садах и организациях связанных с охраной и сохранением биологического разнообразия. Так, С.Г. Князевой с соавт. (2004) создана база данных «Биоразнообразие хвойных Сибири», где отражается полная информация о внутривидовых таксонах, полиморфизме и изменчивости видов хвойных пород на морфологическом и биохимическом уровнях (Князева и др., 2005, 2007).

Таким образом, в последнее время, становится актуальным изучение структурно-функциональной организации растений, где за структурную организацию принимаются исследования морфолого-анатомических признаков, а за функциональную – биохимических или физиологических параметров.

Одним из наиболее распространенных методов изучения структурно функциональной организации является исследование структуры листовой пластинки с помощью методики мезоструктуры по А.Т. Мокроносову (1978). В данном случае, за структурную организацию принимается анатомическая структура листовой пластинки, а за функциональную составляющую принимается главных образом содержание пигментов в хлоропластах. Так, рядом авторов (Пьянков, 2001;

Зотикова, 2007;

Иванов и др. 2009) проводятся исследования в этом направлении, где изучается пространственная организация мезофилла листа, которая связана с физиологическими процессами – фотосинтеза, газообмена, а также определяет адаптацию фотосинтетического аппарата к условиям среды (Иванова, Петров, Кадушников, 2006). С другой стороны, структурно-функциональную организацию можно рассматривать с позиции взаимодействия пространственного расположения морфологических признаков растения с накоплением биологически активных веществ в нем.

Следует отметить тот факт, что эволюция развития классификаций идет в направлении от популяционного уровня к внутривидовому полиморфизму. В связи с этим, цель классифицирования растительных объектов заключается в выявлении закономерностей структурообразовательных процессов (Мамаев, 1972).

1.3. Структурно-функциональная организация растительной системы В методологии современной биологии и в практической деятельности сильное действие оказывает системный подход (Садовский, 1974;

Анохин, 1980;

Нухимовский, 1997), с помощью которого из отдельных свойств элементов выявляются свойства целого и, наоборот, вскрывается иерархичность в организации систем, взаимосвязи между компонентами, особенности управления и самоуправления систем (Нухимовский, 1997).

Ключевым понятием данного подхода является – «система» (Садовский, 1974;

Малиновский, 1980;

Урманцев, 2008).

Под системой понимается «совокупность элементов, находящихся во взаимодействии» (Bertalanffy, «единство, состоящее из 1949, 1956), взаимодействующих частей» (Ackoff, «тип структуры, которая 1960), функционирует в виде определенного цикла операций» (Rosen, 1958), «совокупность объектов вместе с их взаимодействиями» (Hall and Fagen, 1956) и т.д. В сущности все эти определения показывают взаимодействие компонентов и системную организованность как результат такого взаимодействия (Хайлов, 1963). Тем не менее, системный подход тесно связан со структурным анализом, который позволяет выявить структурные элементы растительной системы, их биоморфологические особенности, что способствует оптимизации процесса классификации и систематизации исследуемых видов растений (Николенко, 1992, 2010).

В морфологии и систематике растений обычно структуру описывают по качественным и количественным признакам, которые выражаются через морфофункциональные особенности. Следовательно, структура – это некоторая характеристика, сохраняющаяся инвариантной относительно преобразований исходного образа. Эту инвариантную характеристику исходного образа называют также его архетипом, или законом строения.

Начиная с конца XIX века и по современное время, продолжается работа по выявлению основного элемента строения тела растения и правил его преобразования, позволяющих понять происхождение и эволюцию пространственных конструкций, свойственных растительным организмам.

Ряд авторов (Гете, Годишо) определяют структуру организма через структурные элементы и образованные ими композиции, позволяющие получить необходимое разнообразие форм. Непосредственно на этой идее были построены теории фитона Ш. Годишо (1841), анафита К. Шульца (1843) и филлоризы Г. Шофо (1921), которые стремились на основе морфологических признаков произвести такое морфологическое расчленение тела растения, позволяющее представить его как наиболее простую композицию из найденных элементов. В дальнейшем, из выделенных структурных элементов выделяли наиболее значимые, так называемые конструкционные элементы, которые основываются на онтогенетических и физиологических признаках. Так, например, в теории перикаулома Г. Потонье (1902) содержится попытка расчленения растительного организма на онтогенетической основе, а в теории листовой оболочки Э. Саундерс (1922) для расчленения привлекается физиологический признак – граница между фотосинтезирующими и нефотосинтезирующими тканями (Нухимовский, 1997).

Существует несколько взаимодействий в конструкции организма: форма и функция, форма и структура, форма и процесс. Взаимодействие «функции и формы» происходит, когда от формы зависит набор функций. Взаимодействие «форма и структура» рассматривает структуру растительного организма, которая описывает форму. Эти два взаимодействия статические и их можно выразить через соотношение «структура-форма-функция». Последнее взаимодействие «форма-процесс» – динамическое, которое отражает изменение объекта во времени и в пространстве, то есть прослеживается «пространственно – временная организация» или «структурно-функциональная организация».

Таким образом, структурно-функциональная организация подразумевает под собой два основных аспекта: первый – это структурная организация, необходимая для описания формы объекта, второй – это функциональная организация, позволяющая исследовать функции, выполняемые структурными элементами формы.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1. Объект исследования 2.1.1. Ботаническая характеристика вида Silybum marianum (L.) Gaertn.

Расторопша пятнистая (Silybum marianum (L.) Gaertn.) – диплоидное растение из семейства Астровых (Asteraceae).

Однолетник или двулетник от 10 см до 3 м высоты. Терофит или гемикриптофит (Зернов, 2006).

Стебель прямой, ветвистый, цилиндрический, бороздчатый, голый или слабопаутинистый, покрыт мучнистым налетом (Флора средней полосы …, 1964;

Флора Сибири, 1997).

Листья прикорневые или нижние стеблевые сужены в черешок, остальные сидячие, стеблеобъемлющие, продолговатые или продолговато овальные, самые верхние ланцетные, перисто-лопастные или иногда перисто раздельные с лопастями часто, в свою очередь, с немногими зубцами или лопастями, по краю выемчато-зубчатые, с зубцами, снабженными наверху желтыми колючками, сверху по жилкам с белыми пятнами, блестящие (Флора юго-востока Европейской части СССР, 1936).

Для листовой пластинки характерен дорсивентральный тип строения.

Клетки верхней эпидермы крупных листьев имеют выпуклую наружную оболочку, с поверхности они паренхимные, как правило, с прямыми тонкими оболочками. Тип устьичного аппарата – аномоцитный. Опушение редкое (Пименов, 2002;

Поспелов и др., 2008).

Корзинки средней величины или более крупные, 3-6 см дл., продолговатые, чаще шаровидные, одиночные на тонких цветоносах;

листочки обертки слабо опушенные или голые, черепитчатые;

наружные и средние листочки прижаты при основании, наверху с торчащим, листовидным, на конце длинно-колючим, жестким придатком и по краям с 4-6 шипиками;

придаток по длине равен или несколько более длинный, чем цв.;

самые внутренние листочки обертки прямые, кожистые, с маленьким придатком или суженным неколючим кончиком;

цветки многочисленные, розовые, фиолетовые или белые (Флора СССР, 1963).

Цветоложе плоское, мясистое. Трубчатые цветки сидячие, лилово пурпурного цвета, однако могут быть розовые и даже белые. В соцветии в среднем формируется от 80 до 100 цветков, продолжительность жизни которых не превышает двух суток. Цветение одного соцветия длится в среднем 26 дней.

Распускание цветков в соцветии центробежное. Их аромат – медово жасминный, довольно приятный (Кисличенко, 2008).

Семянка до 7 мм длиной, эллиптическая или обратнояйцевидная, слабо поперчно-морщинистая, темно-коричневая или черная, с продольными линиями или беломраморно-пятнистая, с цилиндрическим трехлопастным бугорком на угловатой ножке (Флора Сибири, 1997). Запах отсутствует. Вкус слегка горьковатый (Практикум по фармакогнозии, 2004).

Созревшие семена не теряют всхожести длительное время. Отмечено, что их хранение 1,5-2 года приводит даже к повышению всхожести. Увеличение же срока хранения до 3-4 лет, наоборот, вызывало ее снижение (Решетникова и др., 2006).

Свежеубранные семена находятся в состоянии покоя около 30 дней. Они не требуют специальной обработки для повышения всхожести, но пониженные температуры способствуют улучшению их посевных качеств (Schulte, E., 1995).

Расторопша растёт быстро, к середине лета растение достигает максимальных размеров, зацветают корзинки на центральных побегах.

Цветение новых и новых раскрывающихся корзинок на побегах продолжается непрерывно, до самых морозов (Lang I., 1993).

Семена расторопши созревают с конца августа неравномерно, поэтому их сбор проводят в несколько сроков до октября. К уборке семян приступают, когда обёртки корзинок засыхают: корзинки срезают, подсушивают и вымолачивают из них семена. Сухие семена хранят в мешочках в проветриваемом помещении (их всхожесть сохраняется до трёх лет) (Nassuato G., 1991). Расторопша не поражается вредителями и болезнями (Уломцева, 2009).

2.1.2. Ареал Silybum marianum (L.) Gaertn.

Родина расторопши пятнистой – Средиземноморье, Южная и Атлантическая Европа (Флора СССР, 1963). В диком виде расторопша распространена в Северной Африке, южной и средней полосах Европы, Средней Азии, на Кавказе, на юге Западной Сибири (Флора Сибири, 1997;

Куркин, 2003). Указана одичавшей для Ульяновска (Флора юго-востока Европейской части СССР, 1936).

Растение произрастает на сорных местах, вдоль дорог, на сухих местах и часто разводится на огородах как декоративное и лекарственное растение (Зернов, 2006).

С 1975 года в России расторопша изучается как лекарственное растение.

За это время был накоплен наибольший опыт по ее культивированию, базирующийся на многолетних исследованиях целого ряда учреждений. В России расторопшу как лекарственное растение уже много лет традиционно выращивают в Краснодарском крае и Самарской области. В последнее время резко увеличились посевные площади под нею в Пензенской, Ульяновской, Саратовской областях и Башкортостане (Поспелов и др., 2008).

В Украине целенаправленное изучение расторопши было начато в период с 1954 по 1964 гг. в Полтавской области на Украинской станции лекарственных растений (теперь Опытная станция лекарственных растений института агроэкологии УААН). При этом она была отнесена к 10 видам перспективных растений и передана в дальнейшее агротехническое изучение для последующего промышленного выращивания. В дальнейшем, были созданы полупромышленные плантации расторопши, обобщен опыт ее культивирования, который лег в основу первичных рекомендаций по возможности возделывания этой культуры в системе ВИЛАРа (Кисличенко, Поспелов и др., 2008). К сожалению, по неизвестным причинам, дальнейшее изучение и возделывание расторопши на Полтавщине не происходило. И только с 1998 года в этом традиционном центре лекарственного растениеводства не только Украины, но и СНГ, эту культуру начали возделывать стараниями отдельных фермеров. В настоящее время культура расторопши в Украине наиболее распространена в южных областях – Херсонской, Николаевской и Одесской, а также в АР Крым, хотя практически во всех остальных регионах республики зарегистрированы ее посевные площади.

2.1.3. Химический состав Silybum marianum (L.) Gaertn.

В состав плодов S. marianum входит около 200 биологически активных соединений (Гильмиярова, 1997). К ним относятся такие вещества как:

жирное масло (20-30%), состоящее из линолевой – 56,57%, олеиновой – 20,73%, пальмитиновой – 8,01%, стеариновой – 4,79%, арахиновой – 2,70%, бегеновой – 2,09%, нонадециловой – 1,11%, лигноцериновой – 0,69%, миристиновой – 0,09% жирных кислот;

флавоноиды классов флавонолы (кемпферол), дигидрофлавонолы (таксифолин) и дегидрокемпферол (Сокольская, 2000);

сахара – арабиноза, рамноза, ксилоза, глюкоза (Куркин, 2003);

зола (Куркин, 2010);

макроэлементы (мг/г) – K-9,20;

Ca-16,60;

Mg-4,20;

Fe-0,08 (Цаприлова, 2008);

микроэлементы: Mn-0,10;

Cu-1,16;

Zn-0,71;

Cr-0,15;

Al-0,02;

V-0,01;

Se 22,90;

Ni-0,20;

Sr-0,08;

Pb-0,08;

I-0,09;

B-22,40 (Herbal Medicines, 2005);

эфирное масло (0,1%) (Цаприлова и др., 2008).

Одним из наиболее ценных веществ расторопши является уникальный класс производных флавоноидов и фенилпропаноидов – флаволигнаны:

силибин, силидианин, силикристин, трициклические кетоны и бензофураны адаптогенной природы, которые отвечают за гепатопротекторные свойства расторопши пятнистой (Венгеровский, 1987;

Запесочная, 1991;

Куркин, 2003, 2010).

Следует отметить, что флаволигнаны в основном содержатся в оболочке плода и составляют 2,8-3,8 % (Гос. фармакопея, 1987;

Куркин, 2003, 2010;

Кисличенко, 2008). Была установлена корреляция между признаками: длина плода, ширина плода. Чем длиннее плод, тем тоньше оболочка семени, и, следовательно, тем меньше накопление флаволигнанов (Кисличенко, 2008).

Исследователями из Канады был замечен тот факт, что параллельно нарастанию массы плодов от момента завязывания до созревания изменяется цвет плодов от кремовых до ярко-бурых и черных, а также содержание флаволигнанов – с 0,71 до 21,32 мг/г. По этому поводу существуют разные мнения: по одним исследованиям разница в накоплении по окраске существует, по другим - нет (Ковалев, 2004).

Учеными Белорусского государственного университета был проведен сравнительный анализ накопления флавоноидов в семенах расторопши пятнистой, полученных из различных Ботанических садов Европы: Польша (3,5-2,93 %), Германия (3,44-1,69 %), Словения (2,93 %), Италия (2,9 %), Бельгия (2,64 %), Швейцария (2,51 %), Румыния (2,47 %), Париж (2,45 %), Франция (2,4 %), ЦБС (2,0 %). Было сделано предположение, что такой полиморфизм связан с разнокачественностью семян (Щекатихина, 2008).

Согласно Щекатихиной А.С. (2008), у S. marianum обнаружено две расы, отличающиеся по преимущественному содержанию одного из флаволигнанов.

Хемораса I – силибининовая и Хемораса II – силидианиновая. Хеморасы могут представлять собой следствие функционального ответа на изменчивость условий местообитаний (Щекатихина, 2008).

В листьях расторопши пятнистой содержатся флавоноиды: апигенин, лютеолин, кемпферол и их гликозиды;

-ситостерол и его гликозиды.

Силимарин в листьях не обнаружен (Herbal Medicines, 2005).

Таким образом, проанализировав исследования зарубежных и отечественных ученых по расторопше пятнистой, можно сделать вывод, что в основном изучали морфологию плода S. marianum и накопление флаволигнанов в них. Исследования по изучению накопления суммы флавоноидов в плодах и листьях S. marianum носят обрывочный характер.

Химический состав расторопши пятнистой изучают и в настоящее время, потому что этот вид, в зависимости от происхождения и от условий произрастания, содержит разный качественный и количественный состав биологически активных соединений. Следовательно, в зависимости от хеморассы расторопши пятнистой, будут превалировать те или иные фармакологические свойства.

2.2. Полевые исследования и камеральная обработка материала Исследование проводилось в течение 2008-2011 гг. в двух различных районах Свердловской области: Ботанический сад УрО РАН г. Екатеринбурга (участок 1) и опытный участок (участок 2) на территории с. Байкалово, Байкаловского района (рис. 1).

Рис. 1. Районы исследования, территориально изображенные на карте (масштаб 1:3 000 000).

Свердловская область расположена, главным образом, на восточной окраине Среднего и Северного Урала и на прилегающей к нему Западно Сибирской низменности. Исключение составляет ее юго-западная часть, лежащая на Уфимском плато.

Физико-географическая характеристика г. Екатеринбурга.

Территория города находится на восточной окраине полосы предгорий.

Екатеринбург располагается в зоне Восточно-Среднеуральской провинции, подзона южной тайги (Прокаев, 1976). Территория города расположена в континентальном секторе материка Евразия, в умеренных широтах в наиболее пониженной части Среднего Урала.

В соответствии с агроклиматическим районированием Свердловской области большая часть описываемой территории характеризуется по теплообеспеченности как умеренно прохладная, по влагообеспеченности как влажная. Гидротермический коэффициент изменяется от 1,4 до 1,6 (Краткая агроклиматическая характеристика…, 1993).

Почвообразование протекает на элювиально-делювиальных и делювиальных отложениях (Карта четвертичных…, 1978). Ведущее место занимают сочетания дерново-подзолистых, болотно-подзолистых и болотных низинных торфяных почв. Доминируют пятнистости дерново-подзолистые почвы. Преобладают автоморфные почвы (50%), доля полугидроморфных и гидроморфных почв составляет 35%. Водно-миграционные и высотно экспозиционные факторы являются основными при дифференциации почвенного покрова. В целом структура почвенного покрова сложная по строению и сильноконтрастная по составу (Гафуров, 1995).

По данным А. Оленева и Е. Шувалова (1978), среднегодовая температура в городе +1,2 °С. Годовая сумма осадков составляет 443 мм с максимумом в теплое время года. Снежный покров начинает формироваться с середины октября (устойчивый снежный покров с ноября) и до конца апреля – начала мая. Высота снежного покрова в феврале – марте 38-42 см (Оленев, 1978).

Физико-географическая характеристика с. Байкалово.

Байкаловский район расположен в лесостепной области Западносибирской равнины, подзона северной лесостепи (Прокаев, 1976).

В соответствии с агроклиматическим районированием Свердловской области большая часть описываемой территории характеризуется по теплообеспеченности как умеренно теплый, по влагообеспеченности как влажная. Гидротермический коэффициент изменяется от 1,4 (Краткая агроклиматическая характеристика…, 1993).

Наиболее распространены на территории серые лесные 21,6 % и серые лесные глеевые почвы 22,5 %, которые еще подразделяются на темно-серые, серые и светло-серые наиболее плодородные и близкие к черноземам, а светло серые менее плодородные и близки к подзолистым.

Среднегодовая температура воздуха составляет + 0,5 °С. Средняя дата перехода температуры воздуха через + 10 °С – 15 мая, последний заморозок по среднемноголетним данным наблюдается 11 июня, первый осенью 2 сентября, продолжительность безморозного периода на почве 80 дней, в воздухе – дней. Сумма осадков за период с температурой воздуха выше 10 градусов ( дней) составляет 225-250 мм, испаряемость за этот же период равна 176 мм, годовое значение гидротермического коэффициента – 1,4. Влагообеспеченность вегетационного периода составляет 65-85 %, оптимальный коэффициент увлажнения в первой половине вегетационного периода меньше единицы, т.е.

испарение, превышает количество выпавших осадков (май-июль).

2.3. Материал исследования В качестве исходного материала были использованы семена различного происхождения: группа семян интродукции Ботанического сада УрО РАН (МГ 1 и МГ 2), группа семян сорта Дебют селекции Средне-Волжского филиала ВИЛАР (МГ 3) и группа семян из природной репродукции Краснодарского края (МГ 4). Каждая из указанных групп отличается по окраске семенной кожуры:

МГ 1 – темные, МГ 2 – светлые, МГ 3 – черные, МГ 4 – пятнистые семена.

Объем материала исследования представлен в Таблице 1.

Таблица Исходный материал исследования Точка сбора Период Количество, Происхождение Модельная группа (район) исследования n Участок 1 БС_1 (темные) МГ 1 2008-2011 БС_2 (светлые) МГ 2 2008-2011 Сорт «Дебют» МГ 3 2008-2011 Сочи, МГ 4 2010-2011 Краснодарский край Участок 2 БС_1 (темные) МГ 1 2008-2011 БС_2 (светлые) МГ 2 2008-2011 Сорт «Дебют» МГ 3 2009-2011 Сочи, МГ 4 2010-2011 Краснодарский край В изучении находилось более 500 особей расторопши пятнистой (Silybum marianum) ежегодно.

Посев проводился на делянках площадью 18 м2 с нормой высева 9 семян на 1 м2. Расстояние между растениями составляет 30 см, а в междурядьях – см. В пределах каждой делянки изучаемые группы высевались рендомизированно (случайным образом). Закладка проводилась в восьми повторностях.

2.4. Методика сбора материала и анатомо-морфологический анализ В каждой точке сбора проводили отбор типичных особей S. marianum в фенофазе созревания плодов. Фиксировали диаметр базальной части побега, высоту растения и число боковых побегов. Затем с каждого растения срезали по 4-6 соцветий первого и второго порядка ветвления. Соцветия маркировали и оставляли на досушивание. Полученный материал сканировали, после чего изображения обрабатывались в программе Corel DrawX3, где измерялись следующие параметры: диаметр соцветия, длина колючек, длина и ширина листочков черепитчатой обертки первого и второго порядков, остистость и др.

(рис. 2). Анализ проводили по 15 признакам и 5 последовательностям элементов признака генеративной сферы.


Рис. 2. Морфометрические признаки соцветия Silybum marianum (L.) Gaertn.: a – угол между листочками черепитчатой обертки I порядка, b – угол между листочками черепитчатой обертки II порядка, c – длина шипа, d – длина основания листочка черепитчатой обертки I порядка, e – длина основания листочка черепитчатой обертки II порядка, f – длина листочка черепитчатой обертки I порядка, g – длина листочка черепитчатой обертки II порядка, h – ширина придатка листочка черепитчатой обертки I порядка, i – ширина придатка листочка черепитчатой обертки II порядка, j – площадь 1, k – площадь 2, l – площадь 3, m – площадь 4, D – диаметр соцветия.

Каждое соцветие обмолачивалось, и полученные семена подвергались дальнейшей анатомо-морфологической обработке. Морфологический анализ семян проводили с использованием программного обеспечения ПО SIAMS MesoPlant (Петров и др., 2005). В качестве анализируемых количественных признаков были выбраны: длина, ширина, периметр, площадь семени и средняя его проекция. Описание формы семян S. marianum проводили с помощью параметров: фактор формы, фактор компактности, фактор изрезанности и фактор удлинения. Для анатомического анализа были зафиксированы семена всех групп расторопши пятнистой в растворе глицерин – спирт – вода в соотношении 1:1:1. Срезы готовили вручную в четырех повторностях.

Изучение объектов проводили с помощью микроскопа Leica DM 1000 при увеличении на 10, 20, 40. Измерение тканей выполняли с использованием программного пакета AxioVision Rel.4.8.

Для формального выражения внутривидовой дифференциации S.

marianum по вегетативной сфере оценивались следующие качественные и количественные признаки листьев: опушение листа, остистость, длина листа, ширина листа, угол наклона между основными жилками и др. (рис. 3). При этом «опушение» – это качественный признак, который измерялся в баллах. Для оценки количественных признаков листья растений были сфотографированы, после чего изображения импортировались в программу CorelDraw v11.0, где и проводились измерения. Анализ проведен по 8 признакам и последовательностям элементов признака вегетативной сферы. Общее количество измерений 10 000 параметров у листьев S. marianum.

Рис. 3. Количественные признаки, используемые для внутривидовой дифференциации Silybum marianum (L.) Gaertn.: a – ширина главной жилки, b – длина главной жилки, c – длина шипа, d – общая длина жилки II порядка, e, k – длина жилки III порядка, f – длина жилки II порядка, m -ширина жилки II порядка.

В дальнейшем полученные признаки по семенам, соцветиям и листьям были формализованы с помощью математического алгоритма «Радикальный (интегральный) показатель системы сжатых отображений» (Рп ССО) (Неуймин и др., 2007, 2009).

2.5. Определение состава вторичных метаболитов Определение качественного состава фенольных соединений.

Качественное определение состава флавоноидов осуществляли с помощью метода Высоко-эффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на оборудовании «Knauer» с использованием колонки MicrosorbTM -100 A С18, элюента вода – ацетонитрил-тетрагидрофуран (80:20:6) при скорости элюирования 0.7 мл/мин, детектирование проводили при =336 нм. УФ спектры флавоноидов снимали во время ВЭЖХ на оборудовании «Knauer».

Количество рассчитывали методом абсолютной градуировки по лютеолину.

ВЭЖХ фенолкарбоновых кислот осуществляли на оборудовании «Knauer»: насос Smartline 1000, детектор UV-VIS Smartline 2500, =250 нм с использованием колонки MicrosorbTM -100 A С18, элюента вода– ацетонитрил фосфорная кислота (85:15:0.05, по объему) при скорости элюирования 0. мл/мин. Количество фенолкарбоновых кислот рассчитывали методом абсолютной градуировки по галловой кислоте.

Методика количественного определения суммы флавоноидов в листьях Silybum marianum (L.) Gaertn.

Для биохимического анализа листья расторопши пятнистой были собраны в фазу массового цветения со среднего яруса растений.

Количественное определение суммы флавоноидов в листьях S. marianum осуществляли с помощью метода спектрофотометрии по методике Б.В.

Рогожина (2006) с использованием лимонно-борного реактива.

Аналитическую пробу сырья (точная навеска составляла 0,2 г) измельчали до размера частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметром 1 мм. Проанализировано 46 аналитических проб в трех биологических повторностях. Каждую пробу помещали в пробирки и заливали по 5 мл раствора 95 % спирта с 1 % тритоном Х-100. Экстракцию проводили в течение 24 часов. Непосредственно в день определения готовили лимонно борный реактив. Далее к 0,2 мл супернатанта добавляли лимонно-борный реактив до объема 3 мл. Через 15 мин определяли оптическую плотность при длине волны, равной 420 нм.

В качестве раствора сравнения использовали раствор, состоящий из 0, мл супернатанта и доведенный до 3 мл 20 % лимонной кислотой.

Концентрацию флавоноидов определяли по калибровочному графику, построенному по ГСО рутину.

Методика количественного определения флаволигнанов в плодах Silybum marianum (L.) Gaertn.

Количественное определение суммы флаволигнанов в плодах расторопши определяли с использованием методики Государственной фармакопеи (ВФС № 42-3380-99 «Плоды расторопши пятнистой»).

Аналитическую пробу сырья расторопши пятнистой измельчали до размера частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями диаметров 1 мм. Около 1 г (точная навеска) измельченных семян помещали в колбу вместимостью мл, прибавляли 50 мл 95%-го спирта, к колбе присоединяли обратный холодильник и нагревали на кипящей водяной бане в течение 30 минут. Затем отстаивали 5-10 минут и фильтровали через вату в мерные колбы вместимостью 200 мл. Извлечение повторяли ещё 2 раза указанным выше способом и после охлаждения доводили объём раствора 95% -ым спиртом до метки (раствор А). Из каждой мерной колбы с раствором А отбирали по 10 мл извлечения, помещали в мерную колбу вместимостью 25 мл, прибавляли 3 мл % раствора алюминия хлорида в 95 %-ном спирте и доводили объём раствора 95 %-ным спиртом до метки (раствор Б). Оптическую плотность раствора Б измеряли через 30 минут на спектрофотометре при длине волны 380 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм.

В качестве раствора сравнения готовили раствор, состоящий из 10 мл извлечения, 1 мл 3 %-ого раствора уксусной кислоты, доведённой 95 %-ным спиртом до 25 мл.

Содержание суммы флаволигнанов в процентах (Х) вычисляют по формуле:

D X= 67.5 m (100 W ) D – оптическая плотность испытуемого раствора;

67,5 – удельный показатель поглощения силидианина-стандарта;

m – масса сырья в граммах;

W – потеря в массе при высушивании сырья в процентах.

2.6. Методика математической обработки 2.6.1. Математический алгоритм «Радикальный показатель системы сжатых отображений» (Рп ССО) анализа качественных и количественных морфологических признаков В основе математического алгоритма «Радикальный показатель системы сжатых отображений» (Неуймин, 1991;

Неуймин, Шмырин, 2003;

Неуймин и др., 2007) заложен принцип сжатых отображений и метод последовательных преобразований элементов признаков в виде радикального показателя системы сжатых отображений (Рп ССО), позволяющий анализировать неограниченное число параметров и оценивать сходство или различие таксонов по его числовому выражению (Неуймин и др., 2009).

На рис. 4 представлен фрагмент преобразований 1 качественного и количественных признаков на уровне одной особи. Качественный признак в алгоритме Рп ССО выполняет функцию подобно «радикалу» в «Законе гомологичных рядов в наследственной изменчивости» Н.И. Вавилова. Следует отметить, что в алгоритме Рп ССО может участвовать несколько качественных и количественных признаков, что способствует глубокому многомерному анализу комплекса признаков.

Рис. 4. Алгоритм преобразований качественных и количественных признаков через программу «Радикальный показатель системы сжатых отображений»: A – особь;

a – качественный признак, b, c, n – количественные признаки;

[ a1, a2, a3, a4 …b1 … с1 …n4] – элементы признаков;

Rp – радикальный показатель системы сжатых отображений.

Задана случайная последовательность количественных признаков – b, c, n … и качественного признака – a, которые соответствуют организму – A.

Каждый исследуемый признак (например, признак b) формируется из последовательных элементов b1 b2 b3 b4 …, которые в сумме и формируют данный признак. Аналогично для всех признаков. Таким образом, получена матрица исходных данных. Далее полученные данные подвергаются последовательной свертке и преобразуются в числовые значения Rp (Рп ССО).

В дальнейшем проводится частотный анализ значений Rp (Рп ССО) и на основании полученных данных строится спектр, который графически показывает расположение частот в частотном пространстве при анализе комплекса морфологических признаков. По графическому расположению частот в спектре, возможно, проанализировать состояние системы: чем уже спектр, тем система более стабильна и обладает наименьшим полиморфизмом (Неуймин, 2003, 2007).

В нашем исследовании, данный алгоритм использовался для описания структуры соцветия и листа S. marianum. Анализ проводили по 15 признакам и 5 последовательностям элементов признака соцветия. В качестве анализируемых количественных признаков были выбраны: диаметр соцветия, длина колючек, длина и ширина листочков черепитчатой обертки и др. (рис. 2), в качестве качественного признака – остистость соцветия. Для исследования структуры листа были использованы длина листа, ширина листа, угол наклона между основными жилками (рис. 3) и качественный признак – опушение листа.

Анализ по листу проведен по 8 признакам и 8 последовательностям элементов признака.

2.6.2. Анализ взаимосвязи анатомо-морфологических признаков с биохимическими параметрами Статистическую обработку результатов исследований проводили с помощью программы Microsoft Excel 2003 с использованием t-критерия Стьюдента.


Для характеристики частот Рп ССО использовали кластерный анализ по количественному сходству с использованием правила single Linkage (одиночной связи) или методом ближайшего соседа.

Частотный анализ комбинаций параметров «формовых» признаков семян проведен по методу Л.А. Животовского (1988). Показатель силы влияния факторов на результирующий признак рассчитывали по методу Н.А.

Плохинского (1966, 1970) и Дж. Снедекора (1961) в изложении Г.Ф. Лакина (1990).

Для выявления взаимосвязи накопления БАВ и морфологических признаков использовали регрессионный анализ ПО STATISTICA 6.0.

ГЛАВА 3. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ СТРУКТУРА ГЕНЕРАТИВНОЙ И ВЕГЕТАТИВНОЙ СФЕРЫ SILYBUM MARIANUM (L.) GAERTN.

Синонимами термина «структура» в различных областях естественной науки являются выражения типа «модульная структура», «принципы модульной организации», «структурно-функциональная организация» и «пространственно-временная структура», которые позволяют говорить о строении растения с точки зрения структурного подхода (Корона, 2007). Одним из начальных этапов исследований данного подхода является анатомо морфологический анализ, который позволяет выявить структурные элементы растения, их биоморфологические особенности, что способствует оптимизации процесса классификации и систематизации исследуемых видов растений (Николенко, 2010).

В современной ботанике изучение структуры рассматривается в направлении: сначала исследуют структуру популяции, затем структуру побега, а только потом структуру отдельных органов растения.

В нашей работе больший акцент сделан на изучение пространственно временной структуры, которую рассматривали на следующих иерархических уровнях: плод соцветие лист побег. Таким образом, происходит тесная взаимосвязь «генеративное-вегетативное» состояние.

Пространственно-временная структура подразумевает под собой два аспекта:

первый – пространственный, который рассматривает расположение метамеров и элементов системы в пространстве и по отношению друг к другу;

второй – временной, который затрагивает развитие метамеров или элементов системы на данный момент времени или за промежуток времени.

В нашем исследовании каждый иерархический уровень представлен своим комплексом пространственного расположения элементов признака.

3.1. Исследование комплекса анатомо-морфологических признаков плодов Silybum marianum (L.) Gaertn.

Анализ литературных данных показал, что плоды S. marianum обладают высоким уровнем полиморфизма по окраске семенной кожуры: от кремовых до ярко-бурых или черных оболочек (Кисличенко, 2008;

Куркин, 2010).

Исследователи связывают этот факт с разной степенью созревания плодов. При сравнении размеров плодов расторопши разных мест произрастания (Самарская область, Республика Марий Эл) отличий по размеру и внешним признакам не выявлено (Куркин, 2010). Однако учеными Украины была обнаружена корреляция между признаками: длина плода и ширина оболочки семени.

Установлена взаимосвязь: чем длиннее плод, тем тоньше оболочка. Так как известно, что семенные оболочки на 95 % богаты флаволигнанами, были сделаны рекомендации: для переработки лучше брать семена меньшего размера, а для посадки – крупного размера (Кисличенко и др., 2008).

В связи с такими неоднозначными результатами возникает вопрос о закономерностях строения плодов разных групп на S. marianum морфологическом и анатомическом уровнях организации.

Сравнительный анализ морфологического строения плодов разных групп Silybum marianum (L.) Gaertn.

В результате исследований установлено, что для каждой группы плодов расторопши пятнистой, выделенных по окраске семенной кожуры характерны свои диагностические морфологические признаки, по котором можно идентифицировать особи S. marianum. Так, МГ 1 и МГ 4, а также МГ 2 и МГ имеют сходные значения по признаку длины семянки, в то время как по признаку ширины они имеют достоверные различия (р0,02). Исключением является МГ 1 и МГ 2, которые сходны по ширине семянки (р=0,32), но различны по длине (р=0,01) (табл. 2).

Для оценки изменчивости анализируемых морфологических признаков был использован коэффициент вариации, который оценивали по шкале уровней изменчивости, предложенной С.А. Мамаевым (Мамаев, 1975). Уровень изменчивости считается очень низким при CV 7 %, низким при CV= 8-12 %, средним при CV = 13-20 %, высоким при CV = 21-40 % и очень высоким при CV40 %.

Таблица Количественные показатели двух морфологических признаков плодов Silybum marianum (L.) Gaertn.

Длина, мм Ширина, мм Модельная группа Х±Х Х±Х CV,% CV,% МГ 1 6,25±0,03 3,43±0, 2,63 2, МГ 2 6,73±0,05 3,38±0, 3,81 5, МГ 3 6,65±0,03 3,30±0, 2,76 4, МГ 4 6,29±0,05 3,15±0, 4,23 9, Установлено, что наиболее стабильным количественным признаком для всех четырех групп S. marianum является длина семени (СV7 %), в то время как ширина семени имеет более широкий диапазон изменчивости (CV=2-9 %) (табл. 2).

Для более глубокого анализа уровня изменчивости морфологических признаков плодов расторопши пятнистой были использованы следующие параметры: 1 – площадь (A), 2 – периметр (P), 3 – максимальная проекция (Dмакс), 4 – ортогональная проекция (Dорт), 5 – средняя проекция (Dср), 6 – фактор формы (Fs), 7 – фактор компактности (Fc), 8 – фактор удлинения (Fl), 9 – фактор изрезанности (Fr) (Приложение 1).

Таблица Изменчивость совокупности «формовых» признаков и параметров семян Silybum marianum (L.) Gaertn. на уровне выделенных групп (по Г.Ф. Лакину, 1990) По Снедекору, 1966 По Плохинскому, Модельная группа h2x Sh2x h2x Sh2x МГ 1 0,99 0,00 0,99 0, МГ 2 0,99 0,00 0,99 0, МГ 3 0,98 0,00 0,98 0, МГ 4 0,99 0,00 0,99 0, В результате проведенного анализа, выделенные группы S. marianum существенных различий не показали. Во всех группах изменчивость, обусловленная за счет совокупного вклада признаков и параметров, имеет высокие значения, что отражает существенное влияние генотипа на выраженность исследуемых признаков и незначительное влияние факторов среды (табл. 3).

С целью выявления направления изменчивости был проведен частотный анализ с помощью результирующего показателя системы сжатых отображений (Рп ССО) (Неуймин и др., 1998).

МГ 1 МГ 2 МГ 3 МГ Рис. 5. Частотное распределение Рп ССО у различных групп Silybum marianum (L.) Gaertn.: 24-80 – числовое значение Рп ССО;

1-13 – особи расторопши.

В итоге, получено частотное распределение четырех модельных групп расторопши пятнистой с четкой локализацией частотных значений Рп ССО морфологических признаков (рис. 5). В целом частоты всех групп располагаются в диапазоне от 24 до 80, что свидетельствует о принадлежности групп к одному виду S. marianum. Тем не менее, представленные группы различаются по выраженности значений Рп ССО признаков: МГ 1 и МГ имеют небольшие отличия, что говорит о близости семян по представленным параметрам (семена интродукции Ботанического сада УрО РАН). МГ свойственно четкое расположение частот в диапазоне Рп ССО 28-75. В результате, этого можно сказать, что эта группа относится к стандартному образцу расторопши. МГ 4 имеет наиболее широкий диапазон значений Рп ССО и поэтому является наиболее полиморфной системой. Таким образом, каждая группа обладает характерным комплексом S. marianum морфологических диагностических признаков, по которым их можно достоверно диагностировать. Так, все четыре группы имеют достоверные различия по признакам площади (р0,05) и диаметра (р0,01). Однако, МГ 1 и МГ 2 сходны по морфологическим признакам: периметр (р0,05), фактор формы (р=0,31), фактор компактности (р=0,11) и фактор удлинения (р=0,42).

МГ 3 и МГ 4 сходны по фактору формы (р=0,41), но при этом МГ 4 имеет достоверные различия по всем остальным признакам и параметрам (р0,05).

Сравнительный анализ анатомического строения плодов разных групп Silybum marianum (L.) Gaertn.

Сравнительный анализ анатомического строения четырех групп расторопши пятнистой показал, что семенная кожура имеет общий план строения и сходные признаки внутренней структуры. Известно, что для семейства Asteraceae характерен плод – семянка. На анатомическом срезе расторопши наблюдаются четко выраженные оболочки плода (перикарпий) и непосредственно оболочки семенной кожуры (рис. 6). Однако диагностическое значение для плодов расторопши имеет строение перикарпия (Куркин, 2010).

Рис. 6. Поперечный срез кожуры семянки Silybum marianum (L.) Gaertn. (20): – остаток эндосперма, 2 – спавшиеся клетки паренхимы семенной кожуры, 3 – спавшиеся клетки паренхимы плода, 4 – склереиды, 5 – спавшиеся клетки эндокарпия, 6 – волокнистые клетки мезокарпия, 7 – пигментный слой, 8 – вытянутые клетки эпидермиса эндокарпия, 9 – кутикула;

1-4 – оболочки семенной кожуры, 5-9 – оболочки плода.

На поперечном срезе, изображенном на рис. 6, перикарпий состоит из нескольких слоев:

покрывающая кутикула;

неоднородный эпидермальный слой экзокарпия, который со стороны основания семени представлен толстостенными слабо-пористыми клетками, а со стороны кутикулы переходит в палисадоподобные вытянутые толстостенные клетки;

пигментный слой – один ряд тонкостенных, рыхлых клеток с бурым содержимым (Куркин, 2010);

слой волокнистых клеток мезокарпия, состоящий из 1-10 рядов клеток;

спавшиеся клетки эндокарпия, окрашенные в желтый или оранжевый цвет и содержащие кристаллы оксалата кальция.

Далее за слоем эндокарпия расположена семенная кожура, плотно сросшаяся с перикарпием. Она представлена мощным слоем склереид, имеющих уплощенную, вытянутую форму с утолщенными стенками, заостренную с обоих концов. Полость склереид имеет вид тонкой щели. За слоем склереид в оболочке семянки расположена паренхима спавшихся клеток плода. Кожура сращена с паренхимой внутренней части плода и состоит из нескольких рядов паренхимы спавшихся клеток семенной кожуры, которые спаяны с остатком эндосперма, состоящего из одного ряда крупных клеток с алейроновыми зернами.

На рис. 7 представлены основные слои перикарпия четырех МГ S.

marianum, которые являются основными диагностическими признаками. Так, МГ 1 характерны сильноизвилистые толстостенные клетки эпидермиса, крупные округлые клетки пигментного слоя и рыхлый волокнистый слой. МГ характеризуется плотно прилегающими в виде дуги толстостенными клетками эпидермиса, овальной формы клетками пигментного слоя и плотным слоем волокнистых клеток. МГ 3 по характеристикам однотипна МГ 2, в то время как МГ 4 подобна МГ 1.

А Б С Д Рис. 7. Анатомическое строение перикарпия Silybum marianum (L.) Gaertn.:

А – МГ 1, Б – МГ 2, С – МГ 3, Д – МГ 4.

Известно, что кожура семянки является диагностическим признаком не только для морфологических исследований, но и для биохимических, так как семенные оболочки на 95 % богаты биологически активными веществами – флаволигнанами (Кисличенко и др., 2008). Поэтому был проведен сравнительный анализ толщины анатомических слоев оболочек плода и семени для всех четырех МГ расторопши пятнистой (табл. 4). В результате было выявлено, что МГ 1 достоверно отличается от остальных по толщине пигментного слоя (р0,03), МГ 2 – по палисадоподобно вытянутым клеткам эпидермиса (р=0,03), МГ 3 – по спавшимся клеткам паренхимы плода (р0,04), МГ 4 – по спавшимся клеткам паренхимы семенной кожуры (р0,0001). Однако при сравнении общей толщины всех исследуемых оболочек попарно выявили, что МГ 1 и МГ 4, также как МГ 2 и МГ 3 не имеют существенных различий.

Таблица Сравнительный анализ размеров анатомических слоев плодов Silybum marianum (L.) Gaertn. разных модельных групп № МГ 1 МГ 2 МГ 3 МГ Анатомический слой Х±Х, мкм Х±Х, мкм Х±Х, мкм Х±Х, мкм Кутикула 0,01±0,00 0,01±0,00 0,01±0,00 0,01±0, Палисадоподобно вытянутые клетки 0,11±0,00 0,12±0,00 0,11±0,00 0,10±0, эпидермиса Пигментный слой 0,03±0,00 0,02±0,00 0,02±0, 3 0,02±0, Волокнистые клетки 0,05±0,00 0,09±0,01 0,07±0,00 0,05±0, мезокарпия Спавшиеся клетки 0,02±0,00 0,02±0,00 0,02±0,00 0,02±0, эндокарпия Склереиды 0,20±0,01 0,22±0,00 0,21±0, 6 0,21±0, Спавшиеся клетки 0,02±0,00 0,02±0,00 0,01±0,00 0,04±0, паренхимы плода Спавшиеся клетки паренхимы семенной 0,05±0,00 0,05±0,00 0,06±0,00 0,02±0, кожуры Остаток эндосперма 0,02±0,00 0,02±0,00 0,01±0, 9 0,02±0, Общее 0,51±0,01 0,56±0,01 0,54±0,01 0,48±0, Кроме того, все четыре МГ сходны по размерам кутикулы, спавшимся клеткам эндокарпия и склереид, что говорит о принадлежности исследуемых МГ к одному виду S. marianum.

Проведя анализ корреляционных связей между анатомическими слоями, было установлено, что с увеличением толщины волокнистых клеток мезокарпия уменьшается толщина кутикулы (r= -0,99), с увеличением толщины спавшихся клеток эндокарпия увеличивается толщина палисадоподобно вытянутых клеток эпидермиса (r= 0,99), и с увеличением размеров спавшихся клеток паренхимы семенной кожуры уменьшается спавшийся слой клеток паренхимы плода (r= -0,96). Однако, проводя корреляционный анализ между морфологическими и анатомическими признаками, было выявлено, что с увеличением длины семени уменьшается толщина кутикулы (r= -0,95), но при этом увеличивается слой волокнистых клеток мезокарпия (r= 0,56).

3.2. Исследование комплекса морфологических признаков соцветий Silybum marianum (L.) Gaertn.

Как было сказано выше, типом соцветий S. marianum является «корзинка», которая бывает конической, одиночной, крупной, поникающей или гомогамной (Флора СССР, 1963). В диаметре корзинки этого вида достигают 3 6 см, листочки обертки прижатые, но наружные и средние с крупным отогнутым желтым колючезубчатым по краю придатком, оттянутым в колючку (Маевский, 2006). Это основные качественные признаки соцветий расторопши пятнистой, отмеченные в Определителях растений.

Учитывая тот факт, что S. marianum обладает высоким уровнем полиморфизма (Куркин, 2010), данных признаков недостаточно для описания структуры соцветия исследуемого вида. В связи с этим, нами предлагается комплексный морфологический анализ соцветий расторопши пятнистой с использованием относительно пространственно ориентированных (ОПрО) признаков и параметров (Неуймин и др., 2011), которые необходимы для описания структуры шарообразной формы соцветия данного вида.

Для анализа количественных морфологических ОПрО признаков генеративной сферы были использованы: диаметр соцветия, длина шипа, длина основания листочка черепитчатой обертки I порядка, длина основания листочка черепитчатой обертки II порядка, длина листочка черепитчатой обертки I порядка, длина листочка черепитчатой обертки II порядка, ширина придатка листочка черепитчатой обертки I порядка, ширина придатка листочка черепитчатой обертки II порядка. В качестве относительно пространственно ориентированных параметров использовали вычисляемые математические единицы, такие как площади треугольников, образованные с помощью ОПрО признаков двух длин листочков черепитчатой обертки и ОПрО признака угла между ними.

Однако для комплексного описания формы соцветия исследовали не только количественные, но и качественные признаки, одним из которых является признак «колючести» соцветия, т.е. выраженность шипообразных выростов по всей поверхности соцветия.

Аналогично «Закону гомологичных рядов в наследственной изменчивости» Н.И. Вавилова (1920) данный качественный признак был нами выделен как простой радикал, который необходим для выявления вклада этого признака в конструктивные особенности частотного распределения количественных морфологических признаков соцветий S. marianum.

Так, в течение четырехлетнего исследования структуры соцветия радикал (качественный признак) отмечался по 9-балльной шкале (Международный …, 1984). МГ 1 обладает минимальным проявлением «колючести» соцветия – 1- балла;

МГ 2 свойственно от 3 до 5 баллов;

МГ 3 – занимает промежуточное положение по этому признаку 6-7 баллов и МГ 4 имеет максимальное выражение признака – 8-9 баллов. Выявленный радикальный показатель является уникальным для каждой группы S. marianum и его проявление не зависит от места произрастания.

На основе сравнительного морфологического анализа четырех модельных групп S. marianum в двух географически разных точках (г. Екатеринбург и с.

Байкалово), выделенных по интенсивности окраски и толщины семенной кожуры, были получены идентичные структурные характеристики соцветий.

Это обусловлено тем, что диагностические признаки генеративных органов растений обладают низким уровнем изменчивости к экологическим и географическим факторам (Мамаев, 1972;

Абдуллина, 2012).

Рис. 8. Дендрограмма сходства относительно пространственно-орентированных признаков соцветий модальных групп Silybum marianum (L.) Gaertn.: 0,0 – 0,964 – расстояние сходства;

1-77 – особи расторопши пятнистой из разных модельных групп.

Анализ показателей сходства по Л.А. Животовскому (1982), на основании которого проведен кластерный анализ по совокупности качественных и количественных признаков, не выявил связи с географической дифференциацией модельных групп (рис. 8). В результате данного анализа выделилось четыре кластера, которые преимущественно соответствовали определенным модельным группам S. marianum: кластер I – первая модельная группа расторопши, кластер II – четвертая модельная группа, кластер III – вторая модельная группа, кластер IV – третья модельная группа расторопши пятнистой. В каждый кластер входят особи с однотипной структурой соцветия одновременно из двух точек произрастания. Полученные кластеры группируются в два крупных кластера: один кластер объединяет кластер I и II с расстоянием сходства 0,880 и второй кластер, который объединяет кластер III и IV с расстоянием сходства 0,868.

Таблица Основные характеристики соцветий Silybum marianum (L.) Gaertn. разных модельных групп Диагностические признаки Частотное Внешний вид соцветия (радикал) распределение 1 2 МГ 1 остистость – 1 б.

индекс S1/S МГ 2 остистость – 3 б.

индекс S1/S МГ 3 остистость – 5 б.

индекс S1/S МГ 4 остистость – 8 б.

индекс S1/S Анализируя морфологические относительно пространственно ориентированные признаки и параметры соцветий S. marianum с помощью описательной статистики и математического алгоритма «Радикальный (интегральный) показатель системы сжатых отображений» (Неуймин С.И. и др., 1991, 2009), были выявлены следующие типы соцветий (табл. 5):

1. Соцветиям МГ 1 свойственны средние размеры конечных корзинок.

Обертка шаровидная;

листочки обертки черепитчатые, по краю с колючезубчатым придатком. Листочки черепитчатой обертки I порядка удлиненные, листовидный придаток узкий. Качественный признак «колючесть»

– низкий (1 балла). Листочки черепитчатой обертки наружного и средних рядов находятся в одной плоскости.

2. Соцветия и их структурные элементы МГ 2 обладают небольшими размерами. Обертка узко-шаровидная. Листочки черепитчатой обертки I порядка широкие. Основание листочков черепитчатой обертки II порядка удлиненные. Листочки черепитчатой обертки наружного и средних рядов переходят в небольшой листовидный придаток, направленный вверх.

Качественный признак «колючесть» – средний (3 балл).

3. Соцветия МГ 3 крупных размеров. Обертка широко-шаровидной формы. Листочки черепитчатой обертки I порядка (наружные) широкие с небольшим колючезубчатым придатком. Листочки черепитчатой обертки средних рядов располагаются близко друг к другу по всей окружности соцветия. Качественный признак «колючесть» – высокий (5 баллов).

4. Соцветиям МГ 4 характерны крупные правильные соцветия. Листочки черепитчатой обертки I порядка разных размеров с явно выраженным или небольшим колючезубчатым придатком. Листочки черепитчатой обертки средних рядов с узким колючезубчатым придатком, располагаются равномерно по всей окружности соцветия. Качественный признак «колючесть» – очень высокий (8 баллов).



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.