Біологічні особливості видів роду Нelleborus L. (Ranunculaceae) у зв’язку з інтродукцією у рівнинній частині лісової зони України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка

УДК 582.715:581.522:502.7 (477.85)

Біологічні особливості видів роду Нelleborus L. (Ranunculaceae) у зв'язку з інтродукцією у рівнинній частині лісової зони України

03.00.05 - ботаніка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Коротченко Віра Вікторівна

Київ 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті екології Карпат НАН України

Науковий керівник:

кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник

Кагало Олександр Олександрович,

відділ охорони природних екосистем

Інституту екології Карпат НАН України, завідувач

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор,

Зиман Світлана Миколаївна

відділ флори і систематики судинних рослин

Інституту ботаніки ім. М.Г.Холодного НАН України,

провідний науковий співробітник

кандидат біологічних наук,

Рудiк Галина Олексіївна

Ботанічний сад ім. академіка О.В.Фоміна Київського національного університету ім. Т.Г. Шевченка,

Завідувач сектору фізіології та біохімії інтродуцентів

Захист дисертації відбудеться " 09 "_квітня__ 2010 року о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.215.01 при Національному ботанічному саду ім. М.М. Гришка НАН України за адресою 01014, Київ, вул. Тімірязєвська, 1.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України (01014, Київ, вул. Тімірязєвська, 1.)

Автореферат розісланий " 06 " березня 2010 року.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат біологічних наук старший науковий співробітник Н.І. Джуренко

helleborus фітоценотичний онтоморфогенез інтродукція

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Однією з актуальних проблем сучасного ресурсознавства є збереження й розширення запасів тих видів рослин, котрі є джерелом сировини для створення нових лікарських засобів. Для одержання багатьох лікарських засобів, які застосовують під час лікування серцевої недостатності, є лікарські рослини, що містять серцеві глікозиди, які мають, переважно, кардіотонічну дію. Особливий інтерес для вивчення у флорі західних регіонів України (Карпат і Волино-Поділля) становлять види роду Helleborus L. як перспективні гомеопатичні кардіологічні фітопрепарати. До таких видів належить Helleborus purpurascens Waldst. et Kit.

Проте запаси сировини цього виду у природі незначні: більшість популяцій займають порівняно невеликі площі й, переважно, є локальними. Для відтворення таких запасів, збереження природних осередків його виростання, збільшення сировинної бази важливим є культивування виду, а також залучення до використання інших видів роду зі спорідненими фармакологічними властивостями, зокрема, Helleborus hybridus hort. Для розробки науково обґрунтованих рекомендацій введення в культуру цих видів необхідні знання їхніх біологічних властивостей, котрі до цього часу в літературі висвітлені недостатньо.

Усе це зумовлює актуальність комплексних біоекологічних досліджень H. purpurascens та H. hybridus, уключаючи їх інтродукційне випробування й культивування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Дисертаційна робота виконана протягом 2001-2006 років під час навчання у заочній аспірантурі при Інституті екології Карпат НАН України, а також у рамках відомчих тем відділу охорони природних екосистем Інституту екології Карпат НАН України “Зміни фітосистем на природоохоронних територіях: созологічна оцінка, моніторинг та керування” (№ держреєстрації 0100U000183); “Аналіз адаптаційного потенціалу природних екотипів рослин і їх роль у формуванні біорізноманітності та стійкості фітосистем до несприятливих умов” (№ держреєстрації 0102U005388); “Біорізноманітність в антропогенно трансформованому ландшафті: особливості генезису та проблеми збереження у зв'язку з формуванням екомережі” (№ держреєстрації 0104U010782).

Мета роботи і завдання дослідження. Мета роботи - вивчити біологічні особливості H. purpurascens у природі та під час інтродукційного випробування, а також з'ясувати біологічні властивості культивованого H. hybridus; розробити рекомендації з агротехніки вирощування цих видів.

Для досягнення цієї мети були поставлені такі завдання:

1. Проаналізувати поширення та еколого-фітоценотичні особливості H. purpurascens у західних регіонах України.

2. Вивчити онтоморфогенез H. purpurascens, виділити його вікові групи.

3. Дослідити сучасний стан і вікову структуру природних популяцій H. purpurascens, визначити созологічний статус і перспективи збереження їх у природі.

4. Провести інтродукцію H. purpurascens та вивчити зміни його біологічних властивостей в умовах культури.

5. Дослідити в умовах культури біологічні властивості H. hybridus як додаткового джерела сировини для створення фітопрепаратів.

6. Здійснити фітохімічне дослідження сировини (листки, кореневища й корені) видів H. purpurascens, H. hybridus (порівняльний кількісний вміст біологічно-активних речовин).

7. Обґрунтувати можливість промислової культури видів H. purpurascens, H. hybridus як цінних видів лікарських рослин для одер-жання фітопрепаратів.

Об'єкт досліджень: природні та інтродукційні популяції H. purpu-rascens та агропопуляції H. hybridus.

Предмет досліджень: біологічні властивості H. purpurascens у природних популяціях та в культурі, також H. hybridus в агропопуляціях, вміст у них біологічно-активних речовин і засади промислового культивування цих видів.

Методи досліджень: системно-аналітичний, хорологічний, еколого-фітоценотичний, популяційні, інтродукційні, фітохімічні (хроматографія тонкошарова, спектрофотометрія, атомно-абсорбційний), ресурсознавчі (метод модельних особин), фітосозологічні, математичні (методи варіаційної статистики).

Наукова новизна одержаних результатів. У результаті виконання роботи вперше проведено комплексне еколого-ценотичне дослідження H. рurpurascens в Україні, установлено особливості його поширення, особливості структури природних популяцій, визначено созологічний статус і перспективи охорони. Досліджено біологічні особливості H. purpuras-cens в умовах інтродукції і H. hybridus в умовах культивування. Уперше детально вивчено онтоморфогенез H. purpurascens і H. hybridus. Визначено морфологічні зміни, що відбуваються в надземній і підземній сферах рослин у різні періоди розвитку особин упродовж великого й малого життєвого циклів, визначено тривалість вікових станів, досліджено динаміку й ритми сезонного розвитку, мінливість деяких морфологічних ознак і тип онтогенетичної тактики. Вивчено особливості цвітіння і визначено параметри насіннєвої продуктивності. Розроблено методику вегетативного розмноження H. purpurascens і H. hybridus. Виявлено особини, для яких характерна висока сировинна й насіннєва продуктивність.

Модифіковано метод кількісного визначення вмісту буфадієнолідів у надземній і підземній (корені та кореневища) частинах досліджених рослин. Визначено кількісний уміст суми речовин стероїдної природи; проведений порівняльний аналіз вмісту біологічно-активних речовин видів роду залежно від умов виростання. Уперше досліджено склад і визначено

кількісний уміст 9 мікроелементів у коренях і кореневищах і надземній частині досліджених видів з різних оселищ.

Практичне значення отриманих результатів. У результаті проведених досліджень показана можливість створення плантацій H. purpuras-cens і H. hybridus як перспективних лікарських рослин в умовах фізико-географічного регіону Розточчя-Опілля.

Науково обґрунтовані практичні рекомендації щодо технології культивування цих видів для збільшення сировинної бази з метою отримання високоякісної сировини як джерела кардіостероїдів. Розроблена методика культивування двох видів роду Helleborus була апробована в ботанічному саду ЛНМУ ім. Данила Галицького й може бути використана для створення їх плантацій. Це дає можливість запровадити нову стратегію ресурсного використання виду, існуванню якого в природних умовах загрожують виснаження популяцій та негативний антропогенний вплив.

Отримані дані щодо особливостей онтоморфогенезу, антекології, морфологічної мінливості, а також вмісту БАР знайдуть використання у селекції для створення найпродуктивніших популяцій.

Отримані результати можуть бути використані для проведення подальших досліджень (фармакологічних, фармацевтичних) під час створення нових лікарських фітопрепаратів (насамперед, гомеопатичних) та їх виробництва. Результати роботи можуть бути використані в навчальному процесі під час підготовки фахівців (фармацевтів, провізорів, біологів) на етапах дипломного й післядипломного навчання.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є результатом багаторічних досліджень автора, виконаних самостійно. Самостійно проведено збір, систематизація та опрацювання літературних джерел, гербарних і польових матеріалів щодо досліджених видів в умовах ботанічного саду й природних локалітетів, виконано науковий аналіз і теоретичні узагальнення, запропоновані практичні рекомендації для культивування досліджених видів, сформульовані висновки.

Більшість публікацій написана автором одноосібно. У роботі “Біологічні особливості Helleborus purpurascens Waldst. et Kit. в інтродукційній квазіпопуляції в умовах ботанічного саду” (збірник: Біорізноманіття Українських Карпат: Матеріали наукової конференції (30 липня - 3 серпня 2005 р.). - Львів, 2005. - С. 135-140, співавтор О.О. Кагало) дисертантом виконано збір та опрацювання експериментального та польового матеріалу; у роботі “Порівняльний аналіз вмісту корельборину П у підземних та надземних органах рослин роду Helleborus L.” (Науковий вісник національного лісотехнічного університету України: збірник науково-технічних праць. - Львів: НЛТТУ. - 2008, вип. 18.7 - С. 68-73; співавтор Ю.В. Бідніченко) дисертантом проведено збір та підготовку проб сировини для фітохімічного аналізу, виконано хроматографічні дослідження, проаналізовано результати.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати

досліджень оприлюднено на наукових конференціях: Міжнародній науково-практичній конференції, присвяченій 150-річчю Ботанічного саду Львівського національного університету імені Івана Франка “Репродуктивна здатність рослин як основа їх збереження і поширення в Україні”' (Львів, 2004); Міжнародній конференції молодих ботаніків у Санкт-Петербурзі “Материалы VIII молодежной конференции ботаников в Санкт-Петербурге 17-22 мая 2004 года” (Санкт-Петербург, 2004); Міжнародній науково-практичній конференції, присвяченій 50-річчю Карпатського високогірного біологічного стаціонару Львівського національного університету імені Івана Франка 30 липня - 3 серпня 2005 року “Біорізноманіття Українських Карпат” (Львів, 2005); Міжнародній науково-практичній конференції “Інтродукція рослин на початку ХХІ століття”' (Київ, 2005); XVII Ботанічному конгресі XVII International Botanical Congress (Austria, Vienna, 17-23 July 2005).

Матеріали дисертації доповідалися і обговорювалися на наукових семінарах відділу охорони природних екосистем, а також на засіданні Львівського відділення Українського Ботанічного товариства, на засіданнях Вченої ради Інституту екології Карпат НАН України.

Публікації. За результатами дисертації опубліковано 10 наукових праць, що відображають основний зміст дисертації, з яких 2 у співавторстві. З них 4 - у фахових виданнях, затверджених ВАК України, 4 - у матеріалах конференцій, 2 - у збірниках.

При підготовці публікацій у співавторстві права співавторів не порушені.

Структура та обсяг роботи. Загальний обсяг дисертації становить 218 сторінок. Основний текст дисертації викладено на 160 сторінках машинописного тексту. Робота ілюстрована 46 рисунками, 43 таблицями. Дисертація складається зі вступу, 8 розділів, висновків, списку літератури (283 найменувань, з них - 81 латиницею) та 3 додатків (А, Б, В) на 11 сторінках. Додатки містять таблицю, 16 фотографій, практичні рекомендації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

СИСТЕМА РОДУ HELLEBORUS L. ТА БІОМОРФОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЙОГО ВИДІВ

У розділі на підставі аналітичного огляду літератури розглянуто блок питань, присвячених роду Helleborus L.: історичні аспекти вивчення систематики роду, наводиться коротка біоморфологічна характеристика видів роду.

ІСТОРІЯ ВИКОРИСТАННЯ ВИДІВ РОДУ HELLEBORUS L. ТА ОБҐРУН-ТУВАННЯ ДОЦІЛЬНОСТІ ЙОГО КУЛЬТИВУВАННЯ

Узагальнено інформацію про фармакологічні властивості та принципи дослідження хімічного складу сировини, а також історичні аспекти засто

сування у медичній практиці рослин роду Helleborus L. Зроблено висновок про актуальність інтродукційного дослідження виду H. рurpurascens як перспективної лікарської рослини, для якого характерна відносна природна рідкісність поширення в Україні. З метою збереження природних оселищ та істотного збільшення сировинної бази й обсягів заготівлі, обґрунтована необхідність введення в культуру видів роду зі спорідненими фармакологічними властивостями як додаткового джерела сировини для гомеопатичної практики.

Об'єкти, МАТЕРІАЛИ, МЕТОДИ, УМОВИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Об'єкти, матеріали й методи досліджень. Об'єктом досліджень є природні й інтродукційні популяції південно-середньо-європейського третинного реліктового виду H. purpurascens, які в Україні приурочені до Карпатського регіону Волино-Поділля, а також агропопуляції H. hybridus.

Робочі матеріали було зібрано у відповідності з програмою досліджень, яка забезпечувала виконання запланованих завдань і предмета досліджень.

Вивчаючи особливості онтоморфогенезу, використовували методику, розробки та термінологію, наведені в роботах Т.О. Работнова (1950,1960), О.О. Уранова (1967) із доповненнями послідовників цієї школи (Ценопопуляции..., 1976, 1988). Крім того, використовували методичні рекомендації І.Г. Серебрякова (1959, 1962). Фенологічні спостереження проводили за методикою І.М. Бейдеман (1974, 1980), а антекологічні - за методиками З.Г. Беспалової та І.В. Борисової (1963). Життєздатність пилку визначали шляхом пророщування на 10 та 20% розчинах сахарози (Голубинский, 1974; Барикіна, 2004). Вивчаючи насіннєву продуктивність було взято до уваги методи, викладені в роботах І.В. Вайнагія (1962, 1973) та О.О. Ходачек (1974). Якість насіння та їх схожість визначали за методиками досліджень при інтродукції лікарських рослин (Майсурадзе, 1984). Для порушення стану спокою насіння використали двоступеневу стратифікацію упродовж трьох місяців при температурах від +20-22єС до +10- -3єС (Тітова та ін., 1989).

Під час аналізу морфологічної мінливості, за основу було прийнято морфометричні методи, а також метод кореляційних плеяд (Злобин, 1989). Онтогенетичну мінливість вивчали, використовуючи моделі онтогенетичних тактик, запропоновані Ю.А. Злобіним (1984). Для виявлення впливу способу посіву рослин застосували метод оцінки віталітету агропопуляцій (Злобин, 1981, 1989).

Для оцінки якості сировини досліджених видів проведено фітохімічний аналіз. Кількісний вміст серцевих глікозидів у сировині (надземній та підземній частинах) визначали хроматоспектрофотометричним методом (Воробьев, Далакишвили, 1972); мікроелементний склад методом атомно-абсорбційним (Руководство..., 1998). Зібраний матеріал статистично оброблений за методикою Г.М. Зайцева (1984). Дисперсійний і кореляційний аналіз провели за програмами, розробленими Ю.А. Злобіним (Злобин, 1989).

Фізико-географічні умови регіону досліджень та агро-кліматична характеристика умов культивування. За фізико-географічним районуванням територія досліджень природних популяцій розташована в межах Лісової зони України й охоплює Закарпатську, Тернопільську та Хмельницьку області. Інтродукційні роботи проведено на науково-дослідних ділянках ботанічного саду ЛНМУ ім. Д. Галицького.

У розділі наведено стислу порівняльну характеристику природно-кліматичних й едафічних умов регіону досліджень (Карпати, Волино-Поділля, м. Львів), проаналізовано особливості погодних умов. У висновку зазначено, що природно-кліматичні умови району інтродукції й культивування відповідають екологічним вимогам досліджених видів.

ПОШИРЕННЯ, ЕКОЛОГО-ЦЕНОТИЧНІ ОСОБЛИВОСТІ Й СТАН ПРИРОДНИХ ПОПУЛЯЦІЙ HELLEBORUS PURPURASCENS Waldst. et kit. В УКРАЇНі

Аналіз географічного поширення Helleborus purpurascens в Україні. Про H. purpurascens в Українських Карпатах уперше знаходимо згадку у роботах польських дослідників, які оцінюють його як сталий елемент (Herbich, 1865; Rehman, 1873; Zapaіowicz, 1882; Bіocki, 1889).

H. purpurascens є одним з регіонально рідкісних видів, який в Україні поширений тільки у деяких західних регіонах (Малиновський та ін., 2002): у Карпатах, на Закарпатті та в деяких ізольованих локалітетах на Поділлі. Вид в Україні росте на північно-східній межі свого ареалу (Рис.1).

Найдавніші гербарні зразки H. purpurascens зібрані з околиць м. Заліщики (Herbich, 1856), м. Бучач (Baunaria, 1859), м. Борщів (Turczuсski, 1887; Bіocki, 1889), що на Поділлі. Дослідження показали, що в більшості цих локалітетів вид зберігся дотепер. Тобто, немає підстав стверджувати зменшення, знищення або деградацію природних популяцій. Разом з тим, докладних досліджень цього питання, принаймні за останніх 20-30 років найінтенсивнішого антропогенного впливу на природні екосистеми, немає. Тому, враховуючи сучасну тенденцію подальшого посиленого антропогенного тиску на довкілля, а також диз'юнктивний характер ареалу, ізольованість популяцій й загальну природну рідкісність поширення H. pur-purascens, існує об'єктивна необхідність охорони відомих місцевиростань виду.

Еколого-ценотичні особливості Helleborus purpurascens у гірських та рівнинних умовах існування. Для виду характерна відносно широка вертикальна амплітуда поширення: від рівнинних місцевостей з пагорбами до верхньої межі лісового поясу. Висотна амплітуда поширення H. рurpu-rascens в Україні знаходиться в межах від 230-280 м н.р.м. (Тернопільська, Хмельницька обл.) до 1400-1600 м н.р.м. (Івано-Франківська й Закарпатська обл.). Вид за своєю еколого-ценотичною природою є виключно лісовим і росте переважно в широколистяних і мішаних лісових угрупованнях. Також наявні його ізольовані лінійні популяції у дещо зволожених елементах мезорельєфу, що локалізуються уздовж потоків. Виокремлено екотипи H. purpurascens залежно від умов зволоження ґрунту. Відмінності в умовах росту призводять до утворення різних фенологічних відмін виду.

Характеристика рослинних угруповань з участю Helleborus purpu-rascens. У гірській частині ареалу H. рurpurascens є субдомінантом у супроводі Lunaria rediviva L., Actaea spicata L., Petasites albus (L.) Gaertn., Galium odoratum (L.) Scop., Bromopsis beneckeni (Lange) Holub, а також, зокрема, у рівнинних умовах, на Поділлі вид приурочений до скельних форм рельєфу, де трапляються буково-яворові та буково-ясенево-яворові ліси (Fageto-Aceretum pseudoplatanae, Fageto-Fraxineto-Aceretum), а в трав'яному покриві, крім вище зазначених, трапляються Phyllitis scolopendrium (L.) Newm., Asplenium trichomanes L. Для рівнинних оселищ H. purpurascens на Придністров'ї характерні невеликі локальні популяції з дифузним розміщенням особин переважно на карбонатних ґрунтах у лісах Querceto-Carpinetum podolicum.

Особливості онтоморфогенезу в природних місцевиростаннях. Цикл відтворення в природних популяціях здійснюється насінням. Виявлено поліваріантність перебігу онтоморфогенезу в природних популяціях H. purpurascens, а саме, нормальний і сповільнений тип розвитку, а також здатність переходу у квазісенільний (морфологічна імітація сенільності) стан. Загалом, в онтогенезі для особин H. purpurascens характерний повний ряд послідовних вікових станів: від насінини (sm) до сенільного стану (s). За тривалістю великого життєвого циклу належить до рослин з тривалим онтогенезом.

Стан і структура природних популяцій. Популяції подільських (рів нинних) локалітетів виду характеризуються повночленним віковим складом, їхні вікові спектри переважно лівосторонні. Гірські популяції виду здебільшого неповночленні (Рис. 2).

Для популяцій H. purpurascens характерне дифузне розміщення особин (Табл. 1). Слід відзначити позитивну тенденцію динаміки чисельності компонентів вікового спектра, й, отже, відносно високу толерантність виду. Особливості просторового розміщення особин Н. рurpurascens зумовлені, у тому числі, й антропогенними факторами які зумовлюють фрагментацію популяцій з подальшою інсуляризацією фрагментів. Ступінь природного поновлення різко зменшується, знижується інтенсивність обміну генетичною інформацією, і, отже, антропогенний вплив може призвести до пришвидшення відмирання особин популяції.

Созологічна характеристика виду. H. рurpurascens належить до видів, яким властива природна рідкісність. Інтегральну оцінку созологiчного статусу виду відображає аутфiтосозологiчний iндекс (АФІ), який був застосований нами для аналізу созологiчного статусу виду в регіоні.

Визначено, що за результатами розрахунків АФІ виду становить 9,5. Це значення відповідає третьому класу аутфітосозологічних індексів (Стойко, Ященко, Кагало та ін., 2004) раритетних видів флори західних регіонів України і свідчить про його певну вразливість, зокрема, у рівнинній частині популяції. Більшість популяцій виду потребують дотримання заповідного режиму зі збереженням повного складу фітоценозів та функціональних параметрів екосистем. Територіальна охорона екотопів дослідженого виду з достатньо репрезентативними фрагментами флороекотопiчних комплексів, до складу яких вони входять, є найраціональнішою й дієвою формою збереження природної гетерогенності популяцій (Кагало, 1996).

За сучасною категоризацією МСОП, вид належить до категорії LR (низький рівень загроженості). Helleborus рurpurascens не включений до Червоної Книги України (1996, 2009), проте, включений до Червоної Книги Польщі (Polska Czerwona Ksiкga Roњlin…, 2001), Червоних списків Тернопільської та Хмельницької областей.

У розділі проаналізовано історичні аспекти формування ареалу H. pur-purascens, геоморфологічні особливості району досліджень, наведена характеристика угруповань рослинного покриву з його участю.

БІОМОРФОЛОГІЧНІ ТА ЕКОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ HELLEBORUS PURPURASCENS Waldst. et kit. ТА HELLEBORUS HYBRIDUS HORT. В УМОВАХ КУЛЬТИВУВАННЯ

Онтоморфогенез Helleborus purpurascens і Helleborus hybridus в умовах культивування. Отримані матеріали досліджень розвитку H. purpurascens і H. hybridus hort. упродовж великого й малого життєвих циклів показали, що ці види є близькими щодо особливостей онтоморфогенезу, антекології, насіннєвої та сировинної продуктивності. Відповідно до класифікації Т.І. Серебрякової належать до напіврозеткової симподіальної моделі життєвої форми. За результатами вивчення онтогенезу досліджених видів рослин ми описали 4 періоди й 10 вікових станів (Рис. 3).

Латентний період. Плід H. purpurascens - багатолистянка, що складається з 4-5 (рідше 3-6) листянок; у H. hybridus 5-7 листянок. Насіння обох видів за класифікацією типів органічного спокою (Ніколаєва та ін., 1985) належить до групи з морфофізіологічним спокоєм. Причиною спокою насіння H. purpurascens, що визначають утруднене проростання, є неповний розвиток зародка на момент дисемінації. Процес розвитку зародка та проростання насіння обох видів відбувається за певних температурних режимів. Повноцінні сходи з'являлися тільки за умов переносу насіння у понижені температури (0-3°С) після витримування до 4 місяців при +18-+20°С. Для пророщування насіння необхідна передпосівна підготовка яка полягає у тривалій двоступеневій стратифікації. Найвищий відсоток лабораторної схожості насіння H. purpurascens і H. hybridus (36 і 46%) було отримано після такої стратифікації. Лабораторна схожість досліджених рослин завжди була нижчою за польову незалежно від термінів посіву (весняний та під зиму). Найвищий відсоток польової схожості H. purpurascens та H. hybridus (79,5 та 88,5%, відповідно) було отримано посівом свіжозібраного насіння. Насіння втрачає схожість після зберігання протягом року. Проростання насіння в польових умовах відбувається через 4 місяці після дисемінації (10-20%), наступної весни з'являються решта проростків й поодинокі сходи обох видів протягом періоду вегетації. Латентний період триває від 4 місяців до 1 року.

Прегенеративний період . Проростки (р). Тип проростання насіння обох видів надземний. Масова поява сходів спостерігається через 4 місяці після посіву свіжозібраним насінням. У проростків наявні сім'ядолі, гіпокотиль, брунечка й головний корінь. Тривалість стану проростків коливається у залежності від термінів посіву.

На ранніх етапах онтогенезу за умов їх культивування відбувається зменшення тривалості всіх вікових станів прегенеративного періоду, які в природних умовах є тривалішими. Загальна тривалість великого життєвого циклу H. purpurascens у природних умовах становить не менше 30 років, а H. hybridus hort. близько 50 років. За особливостями перебігу онтогенезу досліджені види рослин належать до моноцентричного типу біоморф (Смирнова, 1976), особини яких протягом онтогенезу існують у вигляді компактних утворень. В онтогенезі особини проходять такі етапи: 1) цілісна особина, що розвинулася з насінини, представлена одноосьовим пагоном, який моноподіально наростає (p - im; p - v); 2) первинного куща (im - g₁; v - g₁); 3) нещільного куща (g₁- s; g₂ - s).

Під час інтродукції в рівнинних умовах Розточча-Опілля H. purpuras-cens у повній мірі адаптується до умов культивування, отже, виду притаманна висока екологічна пластичність. За умов інтродукції в рівнинних штучних квазіпопуляціях у H. purpurascens відзначено пришвидшення ростових процесів і розвитку, особливо на прегенеративному етапі. Спостерігається збільшення продуктивності надземної маси, наявність вторинної генерації пагонів (які встигають пройти фазу цвітіння, але формують стерильний пилок).

Незважаючи на деякі відмінності перебігу фенофаз, рослини H. purpu-rascens загалом добре розвиваються в культурі. В умовах культивування у рослин, починаючи від другого року життя, фази розвитку зсуваються на більш ранні календарні терміни, але їх тривалість не змінюється.

Сезонні ритми. За результатами фенологічних досліджень показано, що терміни фаз бутонізації й цвітіння в дикорослих і культивованих рослин різняться між собою. Починаючи від четвертого року життя, у рослин, які вирощували на ділянках, фази бутонізації й цвітіння настають приблизно на 7-10 діб раніше, ніж у дикорослих. Разом з тим, тривалість фаз бутонізації й цвітіння як у дикорослих, так і культивованих рослин лишаються незмінними. Тривалість фенофази цвітіння в досліджених видів з віком особин збільшується.

Біологія цвітіння. Суцвіття обох видів належить до типу закритого тирсу, оскільки всі бічні осі суцвіття (котрі є монохазіями) закладаються в пазухах брактей. Для досліджених видів властиві протандрія, денний тип розкриття квіток, базипетальний порядок розкриття квіток, перехресне запилення. Особливістю H. hybridus hort. є здатність до факультативної автогамії.

Насіннєва продуктивність. За умов вирощування у Львові обидва види утворюють життєздатне насіння і здатні до самовідновлення (Табл. 2). Свіжозібране насіння рослин має високу природну схожість та енергію проростання, тому не потребує передпосівної обробки, якщо посів здійснювати відразу після його збирання. Цей термін посіву є найкращим, він сприяє швидшому переходу особин з одного вікового стану в наступний. Насіннєва продуктивність у культивованих рослин H. purpurascens вища за таку в дикорослих. Реальна насіннєва продуктивність дикорослих рослин нижча за потенційну насіннєву продуктивність і залежить від кількості насінин у плоді й кількості плодів, що знаходяться на одному пагоні. Натомість реальна насіннєва продуктивність культивованих H. hybridus hort. нижча за потенційну і залежить від ступеня ефективності утворення плодів відносно кількості квіток, а потенційна насіннєва продуктивність залежить від кількості квіток. Відсоток обнасінення в обох видів досить високий (понад 40%) як у природних умовах, так і під час культивування, що свідчить про можливість досліджених рослин підтримувати свій життєвий рівень. Порівняльний коефіцієнт продуктивності обох видів більший за 1, що свідчить про успішність культивування (інтродукції) H. purpurascens і H. hybridus hort. і свідчить про здатність рослин до збільшення плодоношення під час вирощування у Львові та Львівській області.

Сировинна продуктивність. Для отримання з H. purpurascens і H. hybridus hort. корельборину як лікарської сировини можна використовувати підземну (кореневища й корені) та надземну частини (листки).

Сировинна продуктивність молодих генеративних особин культивованих рослин обох видів вища за таку дикорослих рослин. Сировинна продуктивність, а також нагромадження фітомаси особин у культурі дещо підвищується за рахунок збільшення кількості пагонів в однієї особини. Незалежно від віку рослин, відбувається збільшення сировинної продуктивності у фазі завершення плодоношення (Рис. 4, 5).

технологія Культивування

Запропоновано нові технології розмноження H. purpurascens в умовах культури (насінням і вегетативний). Розроблено первинні агротехнічні заходи для закладання плантацій. Вегетативний спосіб розмноження відрізками кореневищ дозволяє зменшити тривалість вирощування від 5 до 2-3 років і збільшити масову частку сировини (кореневищ з коренями).

У природних популяціях H. purpurascens вегетативне розмноження є вкрай рідкісним й істотного значення не має. Проте, як виявилося в процесі випробування, такий спосіб розмноження є достатньо перспективним в умовах культивування (Табл. 3).

Насіння вчасно достигає та може бути використано для їх розмноження. Придатність культивування H. purpurascens на орних площах на зразок плантацій лікарських рослин підтвердила високу пластичність виду щодо росту в різних екологічних умовах. Проте, враховуючи біологічні властивості виду, доцільно використовувати ділянки з насадженнями лісових порід, де існує природне притінення ґрунту.

Особливості розвитку ТА МОРФОЛОГІЧНА мінливість рослин під час вирощування

Морфологічним ознакам вегетативних органів обох видів характерний високий ступінь мінливості. Морфологічні ознаки в межах кожної особини H. purpurascens і H. hybridus hort не тільки мінливі, але й взаємозумовлені: між певними морфологічними ознаками рослин відзначені тісні кореляційні зв'язки. У H. purpurascens самий високий коефіцієнт кореляції виявлений між висотою пагона й масою пагона, у H. hybridus hort. - між масою насіння на одному пагоні й репродуктивним зусиллям (відношення маси насіння на одному пагоні до маси пагона). У ході онтогенезу для таких морфологічних ознак (висота пагона, його маса, площа листкової поверхні однієї особини) в обох видів характерний різний рівень мінливості. Крім того, однорічні й дворічні особини досліджених видів за вказаними вище ознаками мають різний тип онтогенетичної тактики (у розумінні Ю.А. Злобіна (1984)).

В агропопуляціях онтогенетична мінливість морфологічних ознак вегетативних органів H. purpurascens та H. hybridus у прегенеративний період має три типи онтогенетичної тактики, при переході особин у генеративний стан переважає конвергентний тип онтогенетичної тактики, що свідчить про доцільність проведення селекційної роботи з цими видами.

Життєвий стан (віталітет) особин досліджених видів залежить від способу посіву. За рядового суцільного способу посіву (із міжряддям 40 см) утворюється рівноважна популяція H. purpurascens і депресивна - H. hybridus hort., в яких особини обох видів мають понижений віталітет. Квадратно-гніздовий спосіб посіву надає можливість сформувати процвітаючі агропопуляції H. purpurascens і H. hybridus hort. із переважанням у їх складі сукупної частки особин високого й середнього віталітету. Най-оптимальнішим способом посіву для обох видів виявився квадратно-гніздовий.

Фітохімічний аналіз РОСЛИН РОДУ HELLEBORUS L.

Модифікований нами метод кількісного визначення корельборину в підземних органах рослин є ефективнішим порівняно з існуючим і дозволяє оптимізувати проведення аналізу сировини.

H. purpurascens характеризується значним вмістом біологічно активних речовин - серцевих глікозидів. Уміст корельборину П у підземних органах H. purpurascens коливається в межах від 0,18 до 0,28% від сухої маси рослинної сировини: у інтродукованих рослин цей показник є найвищим (0,27-0,28%), що пояснюється кращими агротехнічними умовами їх виростання. Вміст корельборину П у підземних органах H. hybridushort є досить високим і становить 0,23-0,25% від сухої маси.

Найнижчим є вміст корельборину П у рослин, які ростуть у с. Кваси. Це пояснюється складними умовами росту рослин у високогір'ї. Низьким є вміст корельборину П у рослин, які ростуть у заказнику „Жижавський ліс” біля с. Зелений Гай Тернопільської обл. Це може пояснити особливостями складу ґрунту, оскільки в цих рослин спостерігається і найвищий уміст мікро- й макроелементів.

Аналіз елементного складу показав, що кореневища з коренями H. purpurascens і H. hybridus hort. містять достатньо велику кількість як життєво необхідних макроелементів (Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺) і мікроелементів (Zn²⁺, Mn²⁺, Cr²⁺, Cu²⁺, Co²⁺), так і токсичні елементи кадмій та свинець Cd²⁺, Pb²⁺.

Аналіз умісту важких металів Cd²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺ показав, що їх концентрація у коренях H. purpurascens та H. hybridus hort. значно нижча за гранично допустимі значення. Уміст Cd²⁺, Pb²⁺ , відповідно, у 3 й 17,5 разів менше ГДК, що свідчить про придатність сировини для використання.

Проведення гігієнічної оцінки наявності Cu²⁺ і Zn²⁺ показало їх присутність у межах допустимих концентрацій, причому, у H. purpurascens (культивованих і рівнинних рослин) їх уміст у 20 разів менший за такий у рослин гірської популяції.

Незважаючи на дію фактора урбанізованого середовища, підвищення концентрації важких металів у H. purpurascens та H. hybridus hort., які культивували в ботанічному саду, не зафіксовано.

Виявлено, що в коренях H. purpurascens гірської популяції підвищений уміст Fe²⁺, Mg²⁺ та дещо понижений - Mn²⁺, а концентрація Ca²⁺ приблизно однаково висока в усіх дослідних рослин.

Спостерігається нерівномірність розподілу мікроелементів у морфологічних груп рослини. Так у кореневищі рослини накопичується більше Cu²⁺ та Zn²⁺, ніж у корені та листках, а в листках, у свою чергу, накопичується більше Cr²⁺ та Mn²⁺.

ВИСНОВКИ

Уперше в Україні проведено комплексне ботаніко-екологічне та інтродукційне дослідження H. purpurascens, досліджені біологічні особливості в культурі H. hybridus hort. як цінних перспективних лікарських рослин - джерела кардіотонічних стероїдних сполук. У результаті досліджень обґрунтована можливість упровадження в культуру та створення плантацій як H. purpurascens, так і H. hybridus з метою одержання сировини для гомеопатичних фітопрепаратів в умовах рівнинної частини Лісової зони України.

1. Helleborus purpurascens - реліктовий середньоєвропейський вид, який в Україні росте на північно-східній межі ареалу. Для поширення H. рurpurascens в Україні характерна наявність карпатської й подільської частин ареалу які роз'єднані незначним гіатусом, причому подільські оселища виду є реліктовими. Висотні межі поширення H. рurpurascens в Україні коливаються від 230-280 м н.р.м. до 1400-1600 м н.р.м. Регіо-нальна рідкісність виду зумовлена його приналежністю до реліктового елемента флори.

2. В онтоморфогенезі H. purpurascens Waldst. et Kit. і H. hybridus hort. описано 4 періоди та 10 вікових станів: від насіння (sm) до сенільного (s). За тривалістю великого життєвого циклу досліджені види належать до рослин з тривалим (H. purpurascens - 30-50, H. hybridus hort. - 40-50 років) великим життєвим циклом. Відтворення є лише насіннєвим і малий життєвий цикл за абсолютним часом триває 5-10 років у H. purpurascens і 4-5 років у H. hybridus. За особливостями онтогенезу обидва види належать до типу моноцентричних біоморф із простим повним онтогенезом.

3. Культивування рослин досліджених видів сприяє зменшенню тривалості вікових станів прегенеративного періоду, більш ранньому входженню у генеративний період, зсуву фаз бутонізації і цвітіння на більш ранні календарні дати, а також збільшенню показників насіннєвої і сировинної продуктивності, що свідчить про перспективність введення їх у культуру.

4. В умовах культури можна використовувати як насіннєвий, так і вегетативний способи розмноження H. purpurascens та H. hybridus. Для генеративного розмноження достатньою є щорічна продукція насіння обох видів, яке характеризується високою схожістю, якщо посів здійснювати відразу після дисемінації. Вегетативне розмноження відрізками кореневищ дозволяє зменшити тривалість вирощування від 5 до 2-3 років і збільшити масову частку сировини (листків і кореневищ з коренями). Розроблено первинні агротехнічні заходи закладання плантацій.

5. В агропопуляціях онтогенетична мінливість морфологічних ознак вегетативних органів H. purpurascens та H. hybridus у прегенеративний період має три типи онтогенетичної тактики, під час переходу особин у генеративний стан переважає конвергентний тип онтогенетичної тактики, що свідчить про доцільність проведення селекційної роботи з цими видами.

6. Агропопуляції досліджених видів за умов різного типу посіву гетерогенні за рівнем життєвого стану (віталітету); квадратно-гніздовий спосіб посіву для обох видів є оптимальним, оскільки за цих умов формуються процвітаючі агропопуляції з переважанням у їхньому складі особин високого віталітету.

7. Доведено, що незалежно від віку рослин фаза завершення цвітіння є найкращою для заготівлі сировини досліджених видів.

8. Модифікований метод кількісного визначення корельборину дозволяє оптимізувати, спростити й пришвидшити проведення аналізу сировини.

9. Уперше встановлено кількісно-якісний склад мінеральних елементів в сировині досліджених видів. Існує диференціація у їх розподілі в сировині (листках, коренях, кореневищах), концентрації важких металів у культивованих особин не виявлено.

10. За вмістом біологічно-активних речовин і, відповідно, фармакологічними властивостями кореневища з коренями інтродукованого H. purpurascens не відрізняються від дикорослого і є перспективною сировиною для одержання лікарських засобів. Аналіз отриманих даних щодо вмісту діючих речовин переконливо свідчить про доцільність подальшого вивчення видів роду для подальшого застосування у гомеопатії.

11. Ураховуючи природну обмеженість ареалу H. purpurascens (диз'юнктивно розміщені популяції в Українських Карпатах та деякі ізольовані локалітети на Поділлі), рекомендуємо включити всі відомі рівнинні оселища H. purpurascens до складу територій, які мають природоохоронний статус. Для збереження природних популяцій H. purpurascens, недопущення зменшення чисельності особин у природних оселищах доцільно запровадити вирощування виду в ботанічних садах - осередках збереження рослинного генофонду. Запровадження комплексних природоохоронних заходів активного й пасивного характеру щодо природних оселищ H. purpurascens, а також інтродукція сприятимуть збереженню природних популяцій.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Коротченко В.В. Насіннєва продуктивність Helleborus purpurascens Waldst. et Kit. (Ranunculaceae) / В.В. Коротченко // Науковий вісник національного лісотехнічного університету України: зб. наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУ України. - 2007. - Вип. 17.7. - С. 61-65.

2. Коротченко В.В. Порівняльна характеристика подільського та карпатського фенотипів Helleborus purpurascens Waldst. et Kit. (Ranunculaceae) в умовах культури / В.В. Коротченко // Інтродукція рослин. - 2008. - № 2. - С. 42-44.

3. Коротченко В.В. Порівняльний аналіз вмісту корельборину П у підземних та надземних органах рослин роду Helleborus L. / В.В. Коротченко, Ю.В. Бідніченко // Науковий вісник Національного лісотехнічного університету України: зб. наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУ України. - 2008. - Вип. 18.7. - С. 68-73.

4. Коротченко В.В. Особливості онтогенезу Helleborus purpurascens Waldst. et Kit. (Ranunculaceae Juss.) / В.В. Коротченко // Науковий вісник національного лісотехнічного університету України: зб. наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУ України. - 2009. - Вип. 19.2. - С. 21-26.

5. Коротченко В.В. Фармакологічні властивості сполук видів роду Helleborus L. / В.В. Коротченко // Проблеми військової охорони здоров'я: Збірник наукових праць Української військової медичної академії. - Вип. 19. - Київ, 2007. - С. 486-496.

6. Коротченко В.В. Особливості світлового і температурного режимів під час культивування видів Helleborus L. у ботанічному саду ЛНМУ ім. Д. Галицького / В.В. Коротченко // Інтродукція рослин на початку ХХІ століття: досягнення, перспективи розвитку досліджень. Матеріали міжнародної наукової конференці (19-21 вересня 2005 р.). - Київ, 2005. - С. 237-239

7. Коротченко В.В. Особливості латентного періоду деяких видів роду Helleborus L. (Ranunculaceae) / В.В. Коротченко // Збірник матеріалів Міжнародної наукової конференції присвяченої 150-річчю ботанічного саду Львівського національного університету ім. Івана Франка. - Львів, 27-29 квітня 2004. - С. 168-169.

8. Коротченко В.В. Результаты анализа содержания некоторых элементов в подземных органах морозника краснеющего Helleborus purpurascens Waldst. et Kit. (Ranunculaceae Juss.) / В.В. Коротченко // Сборник трудов VІІІ Молодежной конференции ботаников в Санкт-Петербурге (17-21 мая 2004 г.). - СПб.: СПГУТД, 2004. - С. 217.

9. Кагало О.О. Біологічні особливості Helleborus purpurascens Waldst. et Kit. в інтродукційній квазіпопуляції в умовах ботанічного саду/ О.О. Кагало, В.В. Коротченко // Біорізноманіття Українських Карпат: Матеріали наукової конференції (30 липня - 3 серпня 2005р). - Львів, 2005. - С. 135-140.

10. Korotchenko V. Investigation of Helleborus purpurascens Waldst. et Kit. (Ranunculaceae) in Ukraine / V. Korotchenko // XVII International Botanic Congress, Austria Vienna, 17-23 July, 2005. - P. 1650.

АНОТАЦІЇ

Коротченко В.В. Біологічні особливості видів роду helleborus L. (Ranunculaceae) у зв'язку з інтродукцією у рівнинній частині Лісової зони України. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.05 - ботаніка. - Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, Київ, 2010.

Дисертація присвячена комплексному дослідженню біологічних особливостей реліктового виду флори західних регіонів України Helleborus purpurascens Waldst. еt Kit., інтродукованому в рівнинну частину Лісової зони України, і H. hybridus під час культивування. У результаті виконання роботи встановлено особливості географічного поширення і еколого-ценотичної приуроченості H. purpurascens в Україні. Установлено особливості сучасного стану популяцій, вікової структури, перебігу онтогенезу. Виявлено тенденції зміни параметрів за умов культивування (H. pur-purascens та H. hybridus): сезонного розвитку, термінів перебігу фенофаз, насіннєвої і сировинної продуктивності, онтогенетичної і популяційної мінливості. Досліджено вміст мінеральних елементів та буфадієнолідів Запропоновано низку заходів щодо перспективи збереження H. purpuras-cens у природній флорі. Установлено можливість введення в культуру досліджених видів для перспективного використання в медичній практиці, розроблено практичні рекомендації з агротехніки культури.

Ключові слова: Helleborus purpurascens, H. hybridus, біологічні особливості, онтоморфогенез, популяція, структура, інтродукція.

Коротченко В.В. Биологическе особенности видов рода helleborus L. (Ranunculaceae) в связи с интродукцией в равнинной части Лесной зоны Украины. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.05 - ботаника. - Национальный ботанический сад им. Н.Н. Гришко НАН Украины, Киев, 2010.

Диссертация содержит результаты комплексных исследований биологических особенностей реликтового вида флоры западных регионов Украины Helleborus purpurascens Waldst. еt Kit., интродуцированного в равнинную часть Лесной зоны, и H. hybridus в условиях культивирования. Изучены особенности распространения H. purpurascens в Украине, проанализирована структура его природных популяций, дана природоохранная оценка, проведены фитохимические исследования содержания некоторых минеральных элементов и сердечных гликозидов в корневищах с корнями и надземной части интродуцированных растений H. purpuras-cens и H. hybridus.

Биологические особенности исследуемых видов рассмотрены на основе таких показателей, как семенная и сырьевая продуктивность, сроки прохождения фенофаз, онтогенетическая и популяционная изменчивость. Обоснована возможность введения в культуру исследованных видов для перспективного использования в медицинской практике, разработаны практические рекомендации по агротехнике культивирования.

Природные популяции нуждаются в охране, сущность которой состоит в сохранении естественных мест произрастания, поддержании почвенно-гидрологического статуса и интенсивности ведения хозяйственной деятельности на существующем уровне. Мотивацией охраны природных популяций в Украине является их естественная редкость на северо-восточной границе ареала, изолированность, дизъюнкции, приуроченность к определенным типам местообитаний, ценность как источника материала для последующей селекции.

Ключевые слова: Helleborus purpurascens, H. hybridus, биологические особенности, онтоморфогенез, популяция, структура, интродукция.

Korotchenko V.V. Biological peculiarities of species of genus helleborus L. (Ranunculaceae) in connection with introduction to lowland part of the Forest zone of Ukraine. - Manuscript. Ph. D. of Biological Sciences Degree Thesis; speciality 03.00.05 - botany. - National Botanical Garden named N.N. Grishko N.A.S. of Ukraine, Kyiv, 2010.

The thesis is devoted to complex research of biological peculiarities of relict species of flora of western regions of Ukraine of Helleborus purpurascens Waldst. et Kit., introduced in plain part of the Forest area of Ukraine and H. hybridus during cultivation. As a result of the work the peculiarities of geographical distribution and ecologo-coenotical differentiation of H. purpurascens in Ukraine are determined. The features of the actual state of populations, age-old structure and motion of ontogenesis are investigated. The tendencies of change of parameters of H. purpurascens and H. hybridus: seasonal development, terms of motion of phenophasis, seminal and using material productivity, ontogenetic and population changeability during the cultivation are exposed. Content of mineral elements and boufadienolids is explored. The measures on the future of protection of H. purpurascens in a natural flora are proposed. Possibility of introduction of the investigated species for the perspective use in medical practice is led. Practical recommendations for the agrotechnic of culture are developed.

Keywords: Helleborus purpurascens, H. hybridus, biological peculiarities, ontomorfogenesis, population, structure, introduction.

Размещено на Allbest.ru

...