Теоретичні основи оптимізації інтродукційного процесу

В інтродукції рослин на організменному та популяційному рівнях організації найбільшу роль грають такі системи та механізми надійності:

1) Висота порогу фізіологічних реакцій (визначає чутливість рослин до дії суттєвих екологічних факторів в нових екологічних умовах).

2) Об'єм дублюючих механізмів чи ступінь резервування елементів (повторення однакових генів, ділянок хромосом, всіх хромосом в диплоїдному організмі; всі випадки метамерії у рослин; надмірне накопичення дублюючих елементів).

3) Багатоваріантність рішення цільової програми. Переселення рослин часто супроводжується їх перебуванням за межами “норми реакції”. В цьому випадку цільової функцією є збереження стійкості їх структури як цілісної системи (Заіменко, 1998). До способів її забезпечення ми відносимо: можливість комбінаторики функціонування компартментів, наявність різних метаболічних циклів, типів фотосинтезу, ізоферментів. Всі ці механізми забезпечення стійкості відповідають принципу зміни функціонування у відповідь на екстремальні умови середовища.

На популяційному рівні багатоваріантність забезпечення надійності функціонування рослинних угруповань проявляється в реалізації різних програм онтогенезу та явищі “квазісенильності” (морфологічна імітація сенильності в екстремальних екологічних умовах).

4) Гетероморфність рослинних структур. Проявляється на різних ієрархічних рівнях і визначається різноманіттям окремих структур рослини за функціонуванням, часом і місцем їх формування. Розглянуто численні приклади гетероморфності (фракційна схожість насіння, варіабельність термінів закладки органів в цибулинах, різний вік особин в популяціях, явище диференціації статі та ін.).

Підвищення стійкості інтродукованих рослин. Дослідження можливості штучного підвищення стійкості видів роду Lonicera в умовах культури з допомогою хлорхолінхлориду (ССС) показало, що: а) дія на рослини розчинів ССС пов'язана з гальмуванням ростових процесів; б) максимальна стійкість тканин до низьких температур спостерігалась при обробці ССС в осіннє-зимовий період в концентрації 1.0%; в) ступінь підвищення стійкості рослин до низьких температур під дією ССС залежить від їх природної (генетично обумовленої) стійкості. Існує обернено-пропорційна залежність між стійкістю рослин до низьких температур та їх чутливістю до дії ретарданту.

Розділ 5. Інформаційно-енергетична теорія інтродукції рослин

Стисло розглядаються теоретичні положення інтродукції рослин, підкреслюється наявність окремих теорій, які стосуються переселення певної групи рослин в конкретних природно-кліматичних умовах та відсутність загальної теорії інтродукції, яка б виявляла логічний зв'язок між окремими узагальненнями, гіпотезами та законами. В зв'язку з цим аналізується поняття “теорія”, робиться висновок про те, що з наближенням теорії до ідеалу кількість фактів чи явищ, які знаходять своє пояснення, зростає, а кількість вихідних положень - скорочується. Звертається увага на принцип оптимальності (ствердження про мінімум чи максимум цільової функції), на якому побудована більшість відомих (класичних) теорій. Аналізується теорія оптимума, з якої випливає, що процес оптимізації закінчується з досягненням екстремума відповідного критерію.

Поняття “оптимізація” застосовується виключно до процесів, які підлягають керуванню, тому його можна використовувати в інтродукції рослин. Оптимізація інтродукційного процесу пов'язана з підвищенням його ефективності за рядом показників. До найбільш важливих з них ми відносимо ті, що характеризують стійкість інтродуцентів та їх корисні властивості (декоративність, продуктивність, вихід біологічно активних речовин). Результати оптимізації виявляються у наближенні цих показників до максимально високих значень, що досягається шляхом керування інтродукційним процесом (підбір поєднання факторів середовища). Теорія оптимальності розглядається як важлива наукова концепція в інтродукції рослин.

На теорії оптимальності базуються три важливих загальнобіологічних положення, які пояснюють функціонування живих організмів: принципи економії енергії, максимума ентропії та максимума інформації. Найважливішим з них є принцип максимума інформації, а всі численні невдалі спроби використання інформаційної концепції пояснюються ігноруванням її основи - принципа оптимальності. З позицій принципа максимума інформації можливо розрахувати ступінь пристосування організмів до зовнішнього середовища. Адаптація з точки зору теорії інформації являє собою перехід досліджуваної системи в інформаційно максимальний стан, а стрес - це реакція рослин, результатом якої в умовах впливу чужорідної (зовнішньої) інформації система зберігає цілісність. Цим пояснюється можливість виживання інтродуцентів в умовах безперервної дії нових (часто екстремальних) екологічних факторів.

Об'єднуючи викладені принципи функціонування живих організмів з урахуванням пріоритетності їх положень, ми сформулювали інформаційно-енергетичну теорію інтродукції рослин.

Інтродукція рослин - це процес відбору, перенесення і введення в культуру нової інформації за принципом її максималізації, що супроводжується мінімалізацією енергетичних витрат.

З позицій цієї теорії можливо стверджувати, що інтродуцент в нових для нього умовах зазнає інформаційної дії середовища і закономірно змінює свою організацію в напрямку енергетичної мінімалізації та максимальної впорядкованості відносно діючої інформації. Інакше кажучи, адаптація інтродуцентів являє собою їх перехід в інформаційно максимальні та енергетично мінімальні стани.

У наведених формулюваннях розглядаються два види інформації: генетична та екологічна (отримані з середовища інформаційні сигнали). Генетична інформація, яка передається з покоління в покоління (вертикальна інформаційна система), реалізується в онтогенезі під дією інформаційних сигналів, обумовлених зовнішніми факторами (горизонтальна інформаційна система).

Інформаційна концепція інтродукції рослин (Логгінов, 1983; 1988) базується тільки на вертикальній інформаційній системі та цікава програмою синтезу штучних інформаційних масивів (інтродукційних популяцій) з дискретних одиниць спадкової інформації. В даному випадку має місце недооцінка взаємодії внутрішнього (генетична інформація) і зовнішнього (екологічна інформація) інформаційних потоків. Крім того, інформаційна концепція позбавлена поняття “міра інформації”, що заважає її практичній реалізації.

Енергетична складова інформаційно-енергетичної теорії розглядається нами як кількісний інформаційний критерій чи міра інформації. Кількісний показник цінності інформації ми розуміємо як імовірність досягнення цільової функції організмів за рахунок отриманої інформації. Основна цільова функція інтродукованих рослин проявляється у збереженні їх стійкості (надійності функціонування рослин на різних рівнях організації). Міра стійкості визначається силою та тривалістю дії інформаційних (екологічних) факторів, а її кількісна оцінка проявляється у показнику енергетичного обміну (показник калорійності), який адекватно реагує на мінливість зовнішніх умов. Мінімум цього показника відповідає еколого-ценотичному оптимуму виду.

Механізм взаємодії в системі “організм - середовище” з позиції інформаційно-енергетичної теорії інтродукції рослин. Всі численні зв'язки в системі “організм - середовище” є відображенням триєдиної Матеріально-Енергетично-Інформаційної реальності. Остання складова в інтродукції рослин розглядається поверхово. Перехід від бінарної (матеріально-енергетичної) наукової концепції до тринітарної (матеріально-енергетично-інформаційної) є необхідною умовою розвитку інтродукції рослин. Заснована на принципах оптимальності, тринітарна методологія може пояснювати факти, які не отримали належного обґрунтування в рамках існуючих уявлень.

З позицій інформаційно-енергетичної теорії пропонується класифікація інформаційних сигналів (біотичних та абіотичних факторів середовища). Первинні фактори середовища (сигнали першого роду) мають безпосередню, пряму дію на рослини (сонячна енергія, фотоперіодизм). Вони характеризуються електромагнітною природою, наявністю коливальних процесів та виконують синхронізуючу функцію. Вторинні фактори середовища (сигнали другого роду) являються посередніми (непрямими) і діють за допомогою первинних факторів, які мають унікальну особливість прийому інформації завдяки своїм властивостям.

Стисло розглядається механізм передачі екологічної інформації, що необхідно для поглиблення уявлень про основні поняття інтродукції рослин. Наведені існуючі гіпотези та теорії, які підтверджують викладені погляди щодо сприймання, поглинання та перетворення екологічних факторів.

Значення інформаційно-енергетичної теорії і основні перспективи її використання в інтродукції рослин. Аналіз особливостей розвитку інтродукції рослин у системі біологічних наук дозволяє зробити висновок щодо необхідності зміни наукової концепції досліджень. Запропонований підхід до вивчення інтродукційного процесу базується на системних уявленнях, а її методичною основою є ідея оптимізації функціонування організмів. Цим вимогам задовольняє інформаційно-енергетична теорія інтродукції рослин. З її позицій розглянуто основні поняття інтродукції рослин (стрес, адаптація, гомеостаз, стійкість, відбір). Переглянуто традиційні тлумачення розпливчастих та суперечливих визначень важливих проявів життєдіяльності. Стисло розглядаються екотонний ефект, механізми забезпечення та критерії оцінки стійкості рослин на різних рівнях їх організації, можливості моделювання культурфітоценозів та керування основними параметрами штучних систем.

Висновки

1. На підставі вивчення особливостей становлення і розвитку інтродукції рослин в системі біологічних наук встановлено, що не всі відомі факти та закономірності переселення рослин знаходять своє пояснення в рамках існуючих теорій. Історичний аналіз послідовних і закономірних змін основних положень інтродукції рослин визначає необхідність розробки нових методичних принципів вивчення самоорганізуючої системи “організм - середовище”. Їх доцільно формувати на системних уявленнях та теорії оптимізації досліджень в межах матеріально-енергетично-інформаційної (тринітарної) наукової концепції.

2. Аналіз основних понять інтродукції рослин показав, що більшість з них трактується неоднозначно, а головна вимога до тезаурусу - чіткість формулювання термінів - не виконується. На підставі аналізу різноманітних поглядів на основні поняття інтродукції рослин пропонуються їх уточнення та доповнення.

3. На підставі порівняльного аналізу існуючих способів інтродукційного прогнозування розроблена їх класифікація, відповідно до якої виділено групи методів визначення адаптаційної здатності рослин: екстраполяція, інтерполяція, моделювання, експертні оцінки. Запропонована класифікація способів прогнозування не включає найпоширенішу в інтродукції рослин групу методів, які отримали назву випадковий пошук. До цієї категорії належить метод “проб та помилок”, який розглядається як приклад недосконалої організації інтродукційного процесу.

4. Розроблено алгоритм побудови бази даних з методів інтродукційного прогнозування, користуючись якою можна упорядкувати великий масив інформації щодо способів прогнозування та зробити вибір оптимального з них, виходячи з об'єктів дослідження та умов проведення інтродукційного експерименту.

5. Запропоновано нові методи кількісного визначення адаптаційної здатності рослин. Перший з них базується на залежності результатів інтродукції від амплітуди пластичності рослин (визначається за 22 еколого-ценотичними ознаками), а методичною основою її вимірювання є модифікований біометричний аналіз Є.С. Смирнова. Другий - базується на пошуку близьких між собою за видовим складом регіонів, між якими існує перспектива обміну інтродукційними матеріалами, а його методичною основою є використання як традиційних коефіцієнтів схожості, так і показника включення елементів однієї флори в іншу.

6. Обґрунтована доцільність виділення у межах родового комплексу крупних інтродукційних одиниць, які характеризуються певними пристосувальними особливостями і називаються “біоморфологічними типами”. В зв'язку з цим проаналізовано переваги та недоліки існуючих методів класифікації рослин за комплексом ознак та на підставі аналізу суттєвих (переважно морфологічних) ознак видів родового комплексу Allium виділено 7 біоморфотипів. Види кожного з них виявляють тільки їм властиві адаптивні особливості, які не характерні для видів інших біоморфотипів.

7. Аналіз способів оцінки наслідків інтродукційного експерименту показав, що в інтродукції рослин не отримала розвитку теорія стійкості організмів, а існуючі погляди на стійкість обмежені відсутністю системних уявлень про функціонування живих організмів. З позицій загальної теорії систем досліджені типи взаємовідносин в системі “організм - середовище”, межі інтродукційних зон (зону песимума визнано сприятливою для розвитку рослин в умовах культури), критичні етапи в розвитку інтродуцентів та розроблено поетапну програму дослідження стійкості інтродукованих рослин.

8. На підставі основних положень загальної теорії систем та принципів побудови багатофакторних експериментів розроблена модель залежності стійкості рослин від дії не менше двох факторів середовища. Модель являє собою систему регресійних рівнянь і дозволяє не тільки характеризувати стійкість рослин в нових умовах, але й здійснювати підбір такого поєднання факторів середовища, при якому стійкість рослин буде максимальною.

9. Показано перспективу використання критеріїв стійкості, які не знайшли поширення в інтродукційній роботі. Розроблено нові показники адаптаційної здатності рослин, які засновані на статистичній обробці даних фенологічних спостережень (показник у) та енергетичних показниках, що визначають життєвий стан інтродуцентів. На підставі їх використання проаналізована градація інтродукційних можливостей різних життєвих форм рослин. Розроблено шляхи штучного підвищення стійкості інтродукованих рослин.

10. Виявлені переваги використання теорії надійності в інтродукції рослин. Визначені системи та механізми надійності, що грають вирішальну роль у забезпеченні життєдіяльності інтродукованих рослин (висота порогу фізіологічних реакцій, об'єм дублюючих механізмів, багатоваріантність вирішення цільової програми, гетероморфність рослинних структур).

11. На підставі аналізу теорії оптимальності та результатів її застосування, які пояснюють функціонування живих організмів (принципи економії енергії, максимума ентропії та максимума інформації) розроблена інформаційно-енергетична теорія інтродукції рослин. З її позицій пропонується класифікація інформаційних сигналів (біотичних та абіотичних факторів середовища), розглядається механізм передачі екологічної інформації, сформульовані основні поняття інтродукції рослин та показана можливість застосування кількісних показників, які визначають “міру інформації” в інтродукційній роботі.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Булах П.Е. Методологические аспекты интродукционного прогноза // Інтродукція рослин. - 1999. - № 1. - С. 30-35.

2. Булах П.Е. Методические аспекты оптимизации интродукционных исследований // Інтродукція рослин. - 1999. - № 2. - С. 15-21.

3. Булах П.Е. Информационно-энергетическая теория интродукции растений // Інтродукція рослин. - 1999. - № 3-4. - С. 22-29.

4. Булах П.Е. Устойчивость интродуцированных растений с позиции общей теории систем // Інтродукція рослин. - 2000. - № 1. - С. 13-19.

5. Булах П.Е. Физиолого-биохимические и генетические предпосылки интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2000. - № 3-4. - С.44-48.

6. Булах П.Е. Основные понятия и термины интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2001. - № 1-2. - С. 132-138.

7. Булах П.Е. Понятие “жизненность” в интродукции растений как отражение устойчивости и энергетического состояния организмов // Інтродукція рослин. - 2001. - № 3-4. - С. 13-23.

8. Булах П.Е. Понятие “надежность” в интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2002. - № 1. - С. 40-48.

9. Булах П.Е. Критерии устойчивости в интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2002. - № 2. - С. 43-53.

10. Булах П.Е. Алгоритмы теории сходства в интродукции и селекции растений // Інтродукція рослин. - 2002. - № 3-4. - С. 31-38.

11. Булах П.Е. Алгоритмы создания, хранения и использования информации о методах прогноза в интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2004. - № 3. - С. 3-6.

12. Булах П.Е. Повышение устойчивости интродуцированных видов жимолости с помощью хлорхолинхлорида // Інтродукція рослин. - 2005. - № 2. - С. 85-88.

13. Булах П.Е. Фенологические критерии устойчивости в интродукции растений // Інтродукція рослин. - 2005. - № 4. - С. 9-19.

14. Попиль Н.И., Булах П.Е. Половой диморфизм цветковых растений с позиции генетико-экологичесой теории В.А. Геодакяна // Інтродукція рослин. - 2006. - № 4. - С. 101-104.

15. Булах П.Е. Биоморфологический тип как интродукционная единица и особенности его выделения // Доповіді НАН України. - 2000. - № 3. - С. 171-173.

16. Булах П.Е. Принцип оптимальности как важнейшая парадигма интродукции растений // Бюл. Никит. ботан. сада. - 1999. - Вып. 79. - С. 19-23.

17. Булах П.Е., Диденко С.Я. Явление квазисенильности в интродукционных популяциях // Бюл. Никит. ботан. сада. - 1999. - Вып. 81. - С. 16-19.

18. Булах П.Е., Недвига О.Н., Худченко Л.Н. Количество пыльцы как фактор передачи экологической информации // Бюл. Никит. ботан. сада. - 2001. - Вып. 82. - С. 17-19.

19. Булах П.Е., Козлов Р.В. Развитие идей климатической аналогии в интродукционном прогнозировании // Бюл. Никит. ботан. сада. - 2003. - Вып. 88. - С. 92-96.

20. Булах П.Е. Итоги интродукции полезных растений и особенности их подведения // Збірник наукових праць Луганського державного аграрного університету. - Луганськ: Вид-во ЛДАУ, 2000. - № 6 (18). - С. 7-10.

21. Булах П.Є. Прогнозування як обов'язковий етап інтродукційної роботи // Вісник Київського університету ім. Т. Шевченка. Інтродукція та збереження рослинного різноманіття. - 1999. - Вип. 1. - С. 34-35.

22. Булах П.Е. Основные особенности становления и развития интродукции растений в системе биологических наук // Вісник Полтавського державного сільськогосподарського інституту. - 2001. - № 1. - С. 31-34.

23. Булах П.Е. Интродукционный прогноз и его количественная оценка // Бюл. Глав. ботан. сада. - 2000. - Вып. 180. - С. 15-18.

24. Булах П.Е. Экологические предпосылки интродукции растений // Интродукция и акклиматизация растений. - 1989. - Вып. 11. - С. 24-25.

25. Булах П.Е., Казанская Н.А. Использование мер включения в интродукционном прогнозе // Интродукция и акклиматизация растений. - 1994. - Вып. 19. - С. 7-9.

26. Булах П.Е. Использование методов сравнительной флористики в интродукционном прогнозе // Интродукция и акклиматизация растений. - 1994. - Вып. 21. - С. 13-15.

27. Булах П.Е. Использование математических методов и ЭВМ в интродукционной работе // VIII съезд Укр. ботан. об-ва: Тез. докл. - Киев, 1987. - С. 208.

28. Булах П.Е. Экологические принципы отбора декоративных видов с целью озеленения // Научные основы озеленения городов и сел Молдавии (Тез. докл. IV республиканского совещания 26 июня 1987 г.). - Кишинев, 1987. - С. 23-24.

29. Артеменко В.С., Булах П.Е. Особенности онтогенеза луковичных видов в условиях культуры ЦРБС АН УССР // Рекомендации по размножению интродуцированных растений на основании изучения их биологии индивидуального развития. - К., 1988. - С. 11.

30. Булах П.Е. Тератогенез интродуцированных видов рода лук // Рекомендации по размножению интродуцированных растений на основании изучения их биологии индивидуального развития. - К., 1988. - С. 27-28.

31. Булах П.Е., Казанская Н.А. О задачах классификации в интродукционной работе // Роль ботанических садов в охране и обогащении растительного мира. Тез. докл. республик. науч. конфер., посвященной 150-летию Бот. сада им. акад. А.В. Фомина. Том.1. - К.: Киев. ун-т, 1989. - С. 5-6.

32. Булах П.Е., Казанская Н.А. Почвопокровные растения для зеленого строительства // Научные основы озеленения городов и сел Молдавии (Тез. докл. V республиканской конференции 5-6 июня 1990 г.). - Кишинев, 1990. - С. 24-25.

33. Казанская Н.А., Булах П.Е. Декоративные виды семейства лилейных в озеленении городов // Охрана, обогащение, воспроизводство и использование растительных ресурсов. Тезисы докл. Всесоюз. науч. совещания (к 30-летию Ставропольского ботанического сада). - Ставрополь, 1990. - С. 226-228.

34. Булах П.Е. О сроках заложения соцветий в луковицах видов рода лук // Онтогенез интродуцированных растений в ботанических садах Советского Союза. - Киев, 1991. - С. 26.

35. Булах П.Е., Сикура И.И. Изучение онтогенеза видов рода Allium флоры Средней Азии в культуре // Изучение онтогенеза интродуцированных видов природных флор в ботанических садах (Теоретические и методические аспекты, результаты изучения) - Киев, 1992. - С. 13-25.

36. Сикура.И.И., Булах П.Е. Изучение онтогенеза видов сем. Iridaceae флоры Средней Азии в культуре // Изучение онтогенеза интродуцированных видов природных флор в ботанических садах (Теоретические и методические аспекты, результаты изучения) - Киев, 1992. - С. 174-178.

37. Сикура.И.И., Булах П.Е., Лысенко Т.А. Охрана эндемических, реликтовых, редких, исчезающих и полезных видов природных флор в интродукционных популяциях // Изучение онтогенеза интродуцированных видов природных флор в ботанических садах (Теоретические и методические аспекты, результаты изучения) - Киев, 1992. - С. 179-184.

38. Булах П.Є., Казанська Н.А. Строки закладання суцвіть у цибулинах гарноквітуючих видів в умовах культури // ІХ з”їзд Українського ботанічного товариства. Тези доп. - Київ.: Наук. думка, 1992. - С. 184-185.

39. Булах П.Е. Энергетическая концепция сохранения генофонда редких и исчезающих видов в ботанических садах // Охорона генофонду рослин в Україні. Тези доп. наук. конфер. (Кривий Ріг, травень 1994). - Донецьк, 1994. - С. 111-112.

40. Булах П.Е., Гриценко В.В. Использование дикорастущих луков как новых перспективных пищевых растений // Інтродукція харчових і кормових рослин. Матеріали наукової конференції. - Київ, 1994. - С. 191-192.

41. Булах П.Е. Искусственные фитоценозы в ботсадах в свете энергетической концепции // Ботанические сады - центры сохранения биологического разнообразия мировой флоры. Тез. докл. сессии Совета бот. садов Украины. - Ялта, 1995. - С. 23-24.

42. Казанская Н.А., Булах П.Е. Сохранение генофонда видов рода лук флоры Средней Азии в ЦБС НАН Украины // Ботанические сады - центры сохранения биологического разнообразия мировой флоры. Тез. докл. сессии Совета бот. садов Украины. - Ялта, 1995. - С. 82.

43. Булах П.Е. Критические этапы в онтогенезе живых организмов // Изучение онтогенеза растений природных и культурных флор в ботанических учреждениях Евразии. 9 Междунар. конф. - Мукачево, 1997. - С. 24-25.

44. Булах П.Е. Биоморфологический тип как самостоятельная интродукционная единица // Проблемы ботаники на рубеже ХХ-ХХI веков. Тез. докл. II (Х) съезда Русского ботанического общества (26-29 мая1998 г., Санкт-Петербург). - Т.2. - Санкт-Петербург, 1998. - С. 276.

45. Булах П.Е. Онтогенез в свете информационно-энергетической концепции интродукции растений // Вивчення онтогенезу рослин природних та культурних флор у ботанічних закладах та дендропарках Євразії. 11 Міжнар. конф. - Біла Церква, 1999. - С. 38-41.

46. Булах П.Е. Основные закономерности онтогенеза растений с позиций системного анализа // Вивчення онтогенезу рослин природних і культурних флор у ботанічних закладах та дендропарках Євразії. 12 Міжнар. конф. - Полтава, 2000. - С. 55-57.

47. Булах П.Е. Устойчивость биологических систем и ее моделирование // Геоэкологические и биоэкологические проблемы Северного Причерноморья. Материалы междунар. науч.-практ. конф. (Тирасполь, 28-30 марта 2001 г.). - Тирасполь, 2001. - С. 46-47.

48. Булах П.Е. Сохранение фитогенофонда с позиций информационно-энергетической теории // Охрана редких видов растений: проблемы и перспективы. Материалы Междунар. науч. конференции. - Харьков, 2004. - С. 25-27.

49. Булах П.Е. Оценка интродукционной способности растений по фенологическим показателям // Наукова спадщина академіка М.М. Гришка. Матеріали всеукраїнської науково-практичної конференції. - Глухів: ГДПУ, 2005. - С. 145-147.

50. Булах П.Е., Попиль Н.И. Интродукционное изучение растений в нежизнедеятельном состоянии (мезабиоз, анабиоз) // Інтродукція рослин на початку ХХІ століття: досягнення і перспективи розвитку досліджень: Матеріали міжнар. наук. конференції. - К.: Фітосоціоцентр, 2005. - С. 31-33.

Анотація

Булах П.Є. Теоретичні основи оптимізації інтродукційного процесу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.05 - ботаніка. - Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, Київ, 2006.

У дисертації викладено теоретичні та методичні принципи оптимізації інтродукційного процесу на етапах прогнозування адаптаційної здатності рослин, інтродукційного експерименту та підведення підсумків успішності інтродукції.

Запропонована класифікація методів прогнозування, розроблено нові кількісні методи відбору перспективних інтродуцентів, обґрунтовано принципи створення бази даних з методів прогнозування.

Введено поняття про біоморфотипи як самостійну інтродукційну одиницю та запропоновано методи їх виділення в межах родового комплексу. На підставі вивчення морфологічних, онтогенетичних та екологічних ознак виділено 7 біоморфотипів інтродукованих видів роду Allium. Види кожного з біоморфотипів характеризуються тільки їм властивими адаптаційними особливостями.

З позицій системного аналізу розглянуто питання стійкості інтродукованих рослин, розроблено кількісні критерії стійкості, запропонована модель залежності стійкості рослин від комплексної дії факторів середовища. Показана можливість та переваги використання в інтродукційній роботі теорії надійності функціонування організмів. Визначено системи та механізми надійності, які забезпечують життєдіяльність інтродукованих рослин. Запропоновано метод штучного підвищення стійкості інтродуцентів.

Розроблено інформаційно-енергетичну теорію інтродукції рослин, показано її значення та перспективи використання. На підставі аналізу особливостей становлення та розвитку інтродукції рослин в системі біологічних наук обґрунтовано доцільність зміни бінарної (матеріально-енергетичної) наукової концепції на тринітарну (матеріально-енергетично-інформаційну). Тринітарна методологія, основу якої складають принципи оптимальності, розглядається як важлива умова розвитку інтродукції рослин.

Ключові слова: інтродукція, інтродукційне прогнозування, біоморфотип, стійкість, системний аналіз, оптимізація, інформаційно-енергетична теорія.

Аннотация

Булах П.Е. Теоретические основы оптимизации интродукционного процесса. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.05 - ботаника. - Национальный ботанический сад им. Н.Н. Гришко НАН Украины, Киев, 2006.

В диссертации изложены теоретические и методические принципы оптимизации интродукционного процесса на этапах прогнозирования адаптационной способности растений, интродукционного эксперимента и подведения итогов успешности интродукции.

Анализируются особенности становления и развития интродукции растений в системе биологических наук. Обоснована необходимость изменения научной концепции исследований, что подтверждается существованием ряда фактов и эмпирических закономерностей, которые не могут найти удовлетворительного объяснения в рамках существующих теорий. Обращается внимание на отсутствие общей теории интродукции, устанавливающей логические связи между отдельными обобщениями, гипотезами и законами. Подчеркивается необходимость создания единой концептуальной основы для изучения сложной самоорганизующейся системы “организм - среда”. Такой концепцией может служить системный анализ, основанный на принципе оптимального функционирования организмов.

Проведен анализ основных понятий интродукции растений, предлагаются ряд дополнений и уточнений к формулировке некоторых терминов.

Анализируются предмет, задачи и основные положения общей прогностики с целью их использования в интродукционном прогнозировании. Предлагается классификация методов прогнозирования, разработаны новые количественные методы отбора перспективных интродуцентов, обоснованы принципы создания базы данных методов прогнозирования (электронная экспертная система методов прогнозирования).

Введено понятие о биоморфотипе как самостоятельной интродукционной единице и предложены методы их выделения в пределах родового комплекса. В связи с этим анализируются алгоритмы теории сходства и рассматриваются задачи классификации объектов исследования по комплексу признаков. На основании изучения морфологических, онтогенетических и экологических признаков выделено 7 биоморфотипов интродуцированных видов рода Allium. Виды каждого из них характеризуются своими специфическими приспособительными особенностями.

С позиций системного анализа рассматриваются вопросы устойчивости интродуцированных растений. Анализ понятий об экстремальных, пессимальных, оптимальных факторах, “критическом” периоде, факторах - синергистах и антагонистах, позволил оценить границы интродукционных зон (зоны оптимума, адаптации, интродукции и дискомфорта) и рассматривать зону пессимума как необходимое условие развития растений в условиях культуры.

Разработаны количественные критерии устойчивости интродуцентов, основанные на статистическом анализе результатов фенологических наблюдений и оценке жизненного состояния растений. Разработана модель зависимости устойчивости растений от совместного действия существенных (лимитирующих) экологических факторов. Показана возможность и преимущества использования в интродукционной работе теории надежности функционирования организмов. Определены системы и механизмы надежности, обеспечивающие жизнедеятельность интродуцированных растений. Предлагается метод повышения устойчивости интродуцентов с помощью их обработки растворами хлорхолинхлорида разной концентрации.

На основании анализа теории оптимальности и основных общебиологических положений о функционировании живых организмов разработана информационно-энергетическая теория интродукции растений. С её позиций рассматривается механизм взаимодействия в системе “организм - среда”, обсуждаются основные понятия интродукции растений, способы обеспечения и критерии оценки устойчивости растений, возможность моделирования культурфитоценозов и управления их основными параметрами.

Обоснована целесообразность смены бинарной (вещественно-энергетической) научной концепции на тринитарную (вещественно-энергетически- информационную). Тринитарная методология рассматривается как важное условие развития интродукции растений.

Ключевые слова: интродукция, интродукционный прогноз, биоморфотип, устойчивость, системный анализ, оптимизация, информационно-энергетическая теория.

Summary

Bulakh P.E. Fundamental Theory of Optimization of Introduction Process. - The manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the doctor of biological sciences on a speciality 03.00.05- botany.- M.M. Gryshko National Botanic Gardens. National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2006.

The theoretic and methodical principles of optimization of introduction process on prediction phases of plant ability to adaptation, and experiment on plant introduction are set up in the thesis. The results of successful introduction are summed up.

The classification of methods of forecasting is offered, the new quantitative methods for sampling of perspective introduced plants are developed, the principles of creation of the database on methods of forecasting are justified. On the base of morphological, ontogenetic and economical characters of 7 biomorphological types of genus Allium species are found. The species of each type are characterized by adaptive features appropriate for just these types.

From a stand of system analysis the problem of introduced plant stability (hardiness) is reviewed, the quantitative stability criterions are developed, the model of plant dependence on an effect of environment factors is offered. Using of a theory of reliable organisms functioning in introduction is possible and advantages of this theory are shown. The method of simulated hardiness of introduced plants is proposed.

The informational - power theory of plant introduction is developed, its value and forecasting of usage are shown. The advantage of replacement of binary paradigm (financially - power) by triple one (financially - power - informational) is proved by the analysis of becoming and development of plant introduction in a system of biological sciences. Last methodology, founded on principles of an optimum, is estimated as an indispensable condition of plant introduction development.

Key words: introduction, introduction forecasting, biomorphotype, stability (hardiness), system analysis, optimization, informational - power theory.

Размещено на Allbest.ru