Отчет о научно-организационной работе Алтайского филиала-стационара цсбс со ран «Горно-Алтайский ботанический сад»

По проекту РФФИ проведены работы по сравнительному изучению Hypericum perforatum L., Leonurus quinquelobatus Cilib, Echinacea purpurea (L.) Moench в разных регионах Западной Сибири. Изучены морфология, биология, биохимия данных видов.

Коллекционный фонд отдела интродукции полезных растений на 2011 г. составляет 1799 видов, сортов, форм и разновидностей из разных климатических зон. Интродукционная книга ботанического сада за 2011 г. пополнилась 233 видами и формами. Семенной фонд на момент отчета составляет 642 видов. Сбор семян 2011 года – 235 видов, из них 11 видов привезены с экспедиций. Делектус 221 вид.

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

Центральный сибирский ботанический сад СОРАН

Алтайский филиал-стационар

«Горно-Алтайский ботанический сад»

«Утверждаю»

Директор АФ ЦСБС СО РАН ГАБС

___________________к.б.н. А.А. Ачимова

« »_______________2011 г.
Отчет

о научно-организационной работе Алтайского филиала-стационара ЦСБС СО РАН

«Горно-Алтайский ботанический сад» за 2011 год

Исполнители:

к.б.н. Ачимова А.А., н.с. Аильчиева А.О., н.с. Басаргина Д.К., м.н.с. Ямтыров М.Б., м.н.с. Казанцева Л.М., м.н.с. Груздева С.В. (0,5 ставки).

Дата: 26.10.2011 г.

Научно-исследовательская работа проводилась по направлению Науки о Жизни.

Приоритетное направление VI.44. Биологическое разнообразие.

Программа VI.44.1. Научные основы и подходы к устойчивому использованию, сохранению, воспроизводству и мониторингу биоразнообразия наземных и водных экосистем Сибири (координатор чл.-к. РАН В.П. Седельников).

VI.44.1.1. Разработка научных основ сохранения и устойчивого использования генофонда in vivo и in vitro редких и полезных растений азиатской России (координатор проекта д.б.н. О.В. Дорогина).

Этап 2011 г.:

1.3. Исследование полиморфизма природных популяций редких, исчезающих и эндемичных видов в природе и в культуре.

1.3.3. Интродукция и закладка экспозиций редких, исчезающих и эндемичных видов.

В отчетном году продолжены работы по теме научного исследования. Велись работы с редкими и исчезающими видами Алтая в естественных условиях и в культуре.

Работы по репатриации и реставрации Hedysarum theinum проводились совместно с лаб. редких и исчезающих растений ЦСБС. В этом году проводился мониторинг заложенных в 2009–2010гг. опытных площадок на местах естественного произрастания (пер. Семинский и г. Красная) (табл. 1).

На Семинском перевале было заложено 2 участка. Высеяно 10 тыс. скарифицированных и нескарифицированных семян; высажено 200 сеянца.

На г. Красная заложено 2 участка. Высеяно было 12217 скарифицированных и нескарифицированных семян; высажено 263 сеянца.
Таблица 1.

Сводная таблица приживаемости сеянцев.

Семена
Год	Место	№ участка	Посажено	Выжило, 1 год	% выживших	Выжило, 2 год	% выживших особей
2009	Семин.	1 уч	3000	257	8,566666667	286	9,533333333
2009	Семин.	2 уч *	2500	294	11,76	28	1,12
2010	Семин.	1 уч	4000	107	2,675
2009	Красная	1 уч	3000	205	6,833333333	123	4,1
2009	Красная	2 уч	3000	217	7,233333333	136	4,533333333
2010	Красная	1 уч	3730	505	13,53887399
2010	Красная	3 уч	2987	205	6,863073318
Сумма			22217	1790	8,05689337	573	4,8
* в 2010 году участок вытоптан скотом

Таблица 2.

С

Предварительный анализ (в течение 2 лет) показал, что больше было всходов из скарифицированных семян, чем из нескарифицированных. На II год вегетации количество растений в основном, уменьшалось. Наибольшее количество растений сохранилось в случае посадки сеянцами. Сеянцами выживших в I год вегетации – 22,4%. Всхожесть в контроле – 29,3%. Из семян в I год вегетации выжило 7,6%, во II год вегетации 6,3%.

Таблица 3.

Таблица 4.

Посадка и дополнительный подсев проводился на пер. Семинский на I участке, на г. Красная на I участке и также был дополнительно разбит III участок.

Продолжено изучение растений рода Nitraria как перспективных видов. Изучались биологические особенности в природе и в культуре, предприняты попытки определения существующих закономерностей в изменчивости признаков и решение на этой основе ряда спорных вопросов систематики.

Проанализированы гербарные фонды ЦСБС, на основе которых составлена карта-схема распространения сибирских видов и намечены местообитания, в которых необходимо проводить полевые исследования. Особое внимание уделено тем популяциям, где виды N. sibirici и N. shoberi произрастают совместно, либо их ареалы соприкасаются. Проведены сборы гербарного и семенного материала в Республике Алтай, Алтайском крае и Новосибирской области. Начат интродукционный эксперимент с целью введения Nitraria в культуру. Проведение этих работ обусловлено как ценностью объекта с точки зрения пищевой и медицинской промышленности, так и его редкостью в ряде мест произрастания.

В 2011 году проведен ряд экспедиций с целью поиска популяций Nitraria sibirica для сбора гербария, семян и образцов зеленой массы с целью выявления биологически активных веществ. С каждой популяции были собраны гербарные образцы Nitraria (30 разных экземпляров) и из 20 собраны листья и цветы для проведения анализа. Также был собран гербарий сопутствующих растений для дальнейшего их определения. В общей сложности было собрано около 400 листов гербария.
Закончены многолетние исследования по Rhaponticum carthamoides в аридных условиях Центрального Алтая (с. Инегень Онгудайского района) и гумидного Северного Алтая (в условиях ботсада). Собран 3-х летний урожай. Проведенные исследования по возделыванию маральего корня в культуре показали, что вид устойчив к почвенно-климатическим условиям и выращиванию в разных районах. Растение не предъявляет больших требований к теплу, способно переносить временную почвенную и атмосферную засуху. Лучше всего выращивать Rhaponticum carthamoides в условиях культуры стратифицированными семенами. Изучение ритма роста и развития вида при интродукции свидетельствует о том, что он может расти далеко за пределами своего ареала. Ежегодное прохождение фенофаз в одно и то же время указывает на успешную интродукцию вида.

Продолжены работы по дальнейшему изучению Sibiraea altaensis в условиях интродукции. В этом году посеяли семена, собранные в Усть-Канском и в Усть-Коксинском районах. Всхожесть семян сибирки, собранные в естественных условиях произрастания, достаточно высокая (63%). Посевы замульчировали мелким перегноем и укрыли пленкой до появления проростков. Всходы появились на 30-й день. Через каждые 20–30 дней проводились учеты. В этом году растения уйдут под зиму с зелеными листьями и слабо одревесневшими стеблями. Светолюбива, чувствительна к недостатку влаги в почве, вредителями не повреждается. В сентябре листья Sibiraea altaensis окрашиваются в буровато-оранжевый цвет и естественно опадают поздно.

В таблице отражены средние показатели учета Sibiraea altaensis, посеянные в условиях ГАБС 25.06.2010г. из семян собранных с разных популяций: 1 – подножье Ябоганского перевала, 2 – западный склон Кырлыкского перевала, 3 – окр. с. Абай, 4 – семена, собранные в ГАБС.

Продолжены работы по сравнительному изучению Hypericum perforatum L., Leonurus quinquelobatus Cilib, Echinacea purpurea (L.) Moench в разных регионах Западной Сибири (г. Новосибирск, г. Омск, г. Кемерово и с. Камлак). Из генетически однородных семян рассадным способом получено по 75–150 индивидуальных растений Leonurus quinquelobatus и Hypericum perforatum, что позволяет корректно проводить статистическую обработку данных по морфометрии и биохимии растений исследуемых видов. Семена растений L. quinquelobatus и H. perforatum не подвергались стратификации, что приводится как обязательное условие при весеннем посеве, однако показали отличную всхожесть (более 80%). Сроки проведения агротехнических мероприятий и сбора образцов проводились в течение всего сезона.

Определяли спектрофотометрическим методом содержание пигментов в листьях (хлорофилл). Фенольные соединения (флавоноиды и фенолкарбоновые кислоты) изучали общепринятыми, модифицированными для объектов исследования методами. Все измерения осуществляли в 3–5 повторностях.

Также изучался онтогенез и морфологические показатели Leonurus quinquelobatus и Hypericum perforatum I года жизни. Морфологические характеристики растений Leonurus quinquelobatus I года жизни в имматурном состоянии различаются в зависимости от района культивации (Рис.1).

Рис.1. Внешний вид растений Leonurus quinquelobatus в имматурном состоянии, выращенных на территории г. Новосибирска (1), г. Кемерово (2), г. Омска (3) и Камлак (4).

Размер растений пустырника и эхинацеи уменьшается в следующем порядке Новосибирск – Кемерово – Омск – Камлак. На растениях зверобоя не наблюдали подобной зависимости.

Был проведен сравнительный анализ некоторых морфологических признаков у 10 растений Hypericum perforatum и 10 растений Leonurus quinquelobatus из обладающих низкими морфометрическими показателями агроценопопуляций (Табл. 5).

Таблица 5.

Сравнительный анализ некоторых морфологических признаков растений Hypericum perforatum и Leonurus quinquelobatus

Hypericum perforatum	Характеристики	Камлак	Новосибирск	НСР 05
	Высота растения, см	20,39	23,08	3,15
	Ширина растения, см	7,84	26,01	7,96
	Число побегов, шт.	2,43	10,27	3,11
	Средний лист: – длина, см – ширина, см	2,78 1,01	2,69 1,06	0,62 0,14
Leonurus quinquelobatus	Высота растения, см	6,07	30,55	4,12
	Ширина растения, см	8,04	46,51	2,75
	Число побегов, шт.	2,16	4,86	1,04
	Средний лист: – длина, см – ширина, см	4,59 4,52	8,81 8,77	0,55 0,55

У растений зверобоя продырявленного различий в высоте растений, средней длине и ширине листа различий нет. Достоверно различаются ширина растений и количество побегов. И высота, и ширина растения больше у растений, выращенных в Новосибирске.

Все определенные морфологические параметры растений Leonurus quinquelobatus, выращенных в Новосибирске выше, чем в Камлаке.

В листьях 3-х видов растений, выращенных в 4 регионах Западной Сибири, было определено содержание хлорофиллов и их соотношение (Табл. 6–8). Соотношение хлорофилла a и b является показателем устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды.

В листьях Leonurus quinquelobatus, выращенного в Омске, наблюдается достоверное снижение соотношения хлорофилла «а» к хлорофиллу «b» по сравнению с растениями, выращенными в Новосибирске и Камлаке (Табл. 6). Тенденция к снижению соотношения хлорофилла «а» к хлорофиллу «b» выявлена у растений, выращенных в Кемерово, по сравнению с Новосибирском и Камлаком. Известно, что формы с более низким соотношением хлорофилла «а» и «b» показывают большую адаптированность к условиям внешней среды.

Таблица 6.

В листьях Hypericum perforatum достоверных различий по отношению хлорофилла «а» к хлорофиллу «b» не получено (Табл. 7). Наибольшие содержание хлорофиллов «а», «b» и их суммы выявлено в растениях, выращенных в Камлаке. Вероятно, на этой территории наиболее благоприятные условия для выращивания этой культуры.

Таблица 7.

Содержание хлорофиллов и их соотношение в листьях H. perforatum

Регион возделывания	Хлорофилл «а», мг/г	Хлорофилл «b», мг/г	Сумма хлорофиллов «а» + «b», мг/г	Соотношение хлорофиллов «а»/«b»
Кемерово	0,980	0,402	1,382	2,441
Камлак	1,081	0,434	1,515	2,491
Новосибирск	0,964	0,404	1,368	2,385
Омск	0,956	0,414	1,370	2,309
НСР 05	0,104	0,03	0,119	0,245

Соотношение хлорофилла «а» к хлорофиллу «b» в листьях Echinacea purpurea достоверно по вариантам не различалась (Табл. 8).

Таблица 8.

Содержание хлорофиллов и их соотношение в листьях E. purpurea

Регион возделывания	Хлорофилл «а», мг/г	Хлорофилл «b», мг/г	Сумма хлорофиллов «а» + «b», мг/г	Соотношение хлорофиллов «а»/«b»
Кемерово	0,656	0,344	1,000	1,911
Камлак	0,412	0,221	0,633	1,864
Новосибирск	0,733	0,408	1,141	1,802
Омск	0,691	0,386	1,077	1,789
НСР 05	0,028	0,03	0,048	0,134

Хлорофилла «а» достоверно больше было в растениях, выращенных в Новосибирске и Омске, меньше всего на Алтае. По содержанию хлорофилла «b» наблюдались такие же различия. По сумме хлорофиллов лидером были растения эхинацеи, выращенные в Новосибирске. В Горно-Алтайском ботаническом саду количество хлорофиллов в листьях было в два раза меньше. Растения из Кемерова и Омска занимали серединное положение.

Получены достоверные различия по содержанию хлорофиллов и их соотношению в выращиваемых лекарственных растениях I года жизни. Наиболее благоприятные условия для выращивания Hypericum perforatum на Алтае. Уменьшение соотношения хлорофилла а к хлорофиллу b у Leonurus quinquelobatus совпадает с увеличением показателей загрязнения окружающей среды в регионах, а содержание хлорофиллов а, b и суммы хлорофиллов в пустырнике соотносится с морфологическими показателями растений. Растения всех изученных видов имеют собственные тенденции к изменению соотношения хлорофиллов а и b и содержания хлорофиллов в зависимости от регионов произрастания.

Было определено содержание фенольных соединений в листьях 3-х видов растений, выращенных в 4 регионах Западной Сибири (Табл. 1, Рис. 3). В образцах Echinacea purpurea определили сумму гидроксикоричных кислот, в пересчете на цикориевую кислоту.

Таблица 1

Содержание флавоноидов и гидроксикоричных кислот в Echinacea purpurea, %

Место выращивания	Фенолкарбоновые (гидроксикоричные) к-ты	Сумма флавоноидов
Новосибирск	3,74	0,53
Кемерово	4,35	0,45
Камлак	4,76	0,51
Омск	3,11	0,51

Больше всего гидроксикоричных кислот содержится в растениях, выращенных в Камлаке (4,8%). Их количество убывает по регионам возделывания: Камлак > Кемерово > Новосибирск > Омск. Полученные различия достоверны на 5% уровне.

В листьях Echinacea purpurea и L. quinquelobatus определено содержание суммы флавоноидов, в пересчете на цинарозид (Табл. 2, Рис. 2).

Таблица 2

Содержание фенольных соединений (%) в образцах Leonurus quinquelobatus из различных регионов

Место выращивания	Сумма фенольных соединений	Сумма флавоноидов	Катехины и лейкоантоцианы	Фенолкарбоновые (гидроксикоричн.) к-ты
Кемерово	5,4 (±0,1)	0,85 (±0,04)	0,20 (±0,02)	2,5 (±0,16)
Омск	8,7 (±0,1)	0,92 (±0,04)	0,27 (±0,02)	4,0 (±0,16)
Новосибирск	6,8 (±0,1)	0,98 (±0,04)	0,22 (±0,02)	3,1 (±0,16)
Камлак	8,4 (±0,1)	1,68 (±0,04)	0,30 (±0,02)	3,7 (±0,16)

Рис. 2. Содержание фенольных соединений в растениях зверобоя продырявленного, эхинацеи пурпурной и пустырника пятилопастного.

Полученные нами данные свидетельствуют о том, что растения, выращенные на Алтае, характеризуются наибольшим содержанием фенольных соединений. Полученные сведения о содержании флавоноидов в листьях Leonurus quinquelobatus при выращивании в различных регионах Западной Сибири соотносятся с литературными данными о степени загрязнения окружающей среды в исследованных регионах.

Продолжены работы по разведению известных и выведению новых сортов Pinus sibirica для получения раннеплодоносящих и декоративных сортов и форм. Выделены 7 местообитаний, характеризующих последовательную смену экологических ступеней. На примере 7 экологических групп зрелых генеративных деревьев экологического профиля проведено исследование вегетативного и генеративного морфогенеза побегов Pinus sibirica. За время проведения работ на 7 пробных площадях был произведен сплошной перечет деревьев, проведен замер их высот, оценено жизненное состояние и плодоношение. При перечете древостой делился на возрастные поколения. Для анализа возрастной структуры брались древесные керны по ступеням толщины, и отдельно по возрастным поколениям. Возраст деревьев определялся с внесением поправок на высоту взятия керна и на величину гнили. Общее количество обмеренных деревьев для получения основных таксационных признаков составляет более 400 экземпляров, взято около 150 кернов. Для модельных деревьев дана характеристика размеров ствола, вегетативной и генеративной структуры кроны, взяты образцы кернов для анализа динамики радиального роста и выделения онтогенетических групп деревьев, отобраны ветви для реконструкции динамики женского и мужского цветения, собраны образцы шишек для количественной и качественной характеристики урожая. Собраны микростробилы со всех пробных площадей для выявления пыльцевой активности. Для определения активности дыхания, водного обмена и пигментного состава зафиксированы образцы хвои модельных деревьев.

Для измерения CO₂-газообмена и транспирации хвои использовали портативный инфракрасный газоанализатор (модель Li-6400, LI-COR, Inc., Lincoln, NЕ, USA) с открытой системой. В качестве искусственного источника света применяли систему фотодиодов (6400-02B LED), обеспечивающую освещенность в 1000 мкмoль/м² с. Температура внутри камеры поддерживалась специальной системой теплообмена с электрическим нагревателем и воздушным охлаждением, которая обеспечивала стабильную температуру 24°С. В листовой камере скорость потока СО₂ составляла 400 мкмоль/с, а его содержание 400 мкмоль/моль. Все измерения проводили с 10:00 до 14:00.

За период работы 2010–2011 гг. проведено более 200 прививок разных форм и сортов на подвой Pinus sibirica, Larix sibirica, Picea obovata, Pinus sylvestris. Отобраны наиболее удачные методы и материалы для данной работы, учитывая местные условия для дальнейшей работы. Материал для прививок взят с разных источников (стационар «Кедр» ИМКЭС СО РАН, «ведьмины метлы» собраны с экспедиций, коллекция дендрария ООО «Биолит» и др.).

Данные «живых» прививок на 30.09.2011г.

– 21 вид выращен из семян, приобретенных в специализированных магазинах, путем делектуса и собственной репродукции;

– около 30 культиваров подарены сотрудниками лаб. декоративных растений ЦСБС Седельниковой Л.Н. и ИМЭКС СО РАН Горошкевич С.Н.

Семенной фонд на момент отчета составляет 642 видов. Сбор семян 2011 года – 235 видов, из них 11 видов привезены с экспедиций. Делектус 221 вид.

В текущем году самым значительным пополнением коллекции были виды, привезенные с оз. Байкал – 35 видов, в частности, эндемик Байкала Craniospermum subvillosum. Из экспедиций по районам Горного Алтая привезено 12 образцов живых растений.

Экспозиционная часть ботанического сада продолжает развиваться. Региональные и фитоценотические экспозиции пополнились около 50 новыми видами. Некоторые новые виды заменили в экспозициях выпавшие или несоответствующие по каким-то параметрам культивары.

В этом году закончено формирование нового ландшафтного элемента сада – экспозиции «Сухой ручей» протяженностью более 40м в длину и 1м в ширину. В этой экспозиции представлена большая группа в основном почвопокровных видов, произрастающих в аридных условиях: коллекция родов Sedum, Thymus, Arabis, Pulsatilla, Artemisia, Sempervivum, Gypsophila, Dianthus, сем. Poaceae и др. В экспозиции «Сухой ручей» на 2011 г. высажено около 100 видов и форм растений из разных регионов мира (приложение 1.).

Заложена односторонняя многовидовая аллея деревьев вдоль юго-западной границы территории ботанического сада. Аллея носит эстетическое и утилитарное значение. Здесь высажены виды древесных растений, выращенных из семян делектуса, приобретенных в питомниках, путем обмена, но не использованных в других тематических и фитоценотических экспозициях сада. К осени 2011 г. высажено 8 видов деревьев.

Заложена новая тематическая экспозиция-цветник «Сад Солнечной Радуги». Этот ландшафтный элемент выполнен в регулярном стиле и имеет форму круга с восемью одинаковыми сегментами, объединенными широкими дорожками. В каждом сегменте растения будут высажены по принципу моноцветника. В центре композиции будут установлены две садовые скамьи под металлическими арками, увитыми лианами.

Коллекционный питомник лекарственных растений насчитывает 15 видов из 7 семейств и 15 родов. Виды обладают широким спектром полезных свойств. Растения выращены из семян. Все они наиболее перспективные для выращивания, неприхотливы, зимостойки и морозоустойчивы в культуре в условиях ботсада. Интродукционные исследования показали, что в условиях интродукции резко возрастает биомасса растений, увеличивается ветвление, удлиняется срок цветения и вегетационный период.

Осуществлялось сотрудничество с Фондом устойчивого развития Алтая (ФСДА) по выполнению научно-исследовательской работы в рамках совместного проекта Совета Европы и Фонда устойчивого развития Алтая «Традиционные знания о природе – основа самобытности коренных народов Алтая». Выпущена научно-популярная работа «Тотемные растения Алтая».