dos5

Астраханские популяции ириса
низкого
распространение, морфологические
особенности
Автор : Сапрыкина Олеся, ученица 8 класса
МБОУ «Лицей №2»
Руководитель: Соколова Галина Алексеевна
Научный консультант: д.б.н. профессор АГУ
Лактионов Алексей Павлович
АСТРАХАНЬ 2015
1.Введение
Человечество издавна ценит представителей семейства Iridáceae за красоту и
неприхотливость в уходе. Ирисы принадлежат к числу наиболее популярных в
цветоводстве травянистых многолетников.
Объектом нашего исследования является - Ирис низкий - Iris pumila.
Ирис низкий – уникальное растение, произрастающее в Астраханской области.
Многообразие цветовых форм и неприхотливость ириса низкого открывает широкие
возможности для использования цветка в озеленении города. Ирис подходит для
отдельной посадки на фоне газона или кустарника, в группе растений, цветущих в одно
или разное время. В народной медицине широко известен как отхаркивающее,
мочегонное и вяжущее (при гастрите) средство и как стимулятор роста волос. Растение
занесено в Красную Книгу Амурской, Белгородской, Воронежской, Еврейской
автономной, Кемеровской, Курской, Липецкой, Омской, Оренбургской, Пензенской,
Саратовской, Томской, Тюменской и Ульяновской областей, а также республик
Башкортостан и Саха (Якутия), и Красноярского, Приморского и Хабаровского краев.
Растение плохо изучено, поэтому для успешной интродукционной, а в дальнейшем и
гибридизационной работы следует изучать виды в природе, чтобы попытаться
прогнозировать их адаптационную реакцию на новые для них условия культивирования.
В первую очередь это касается экологической оценки растений природной флоры. Она
необходима для определения путей интродукции растений на основе их требований к
условиям существования. Немаловажное значение имеет и комплексное морфологическое
изучение вида. В Астраханской области наблюдается постепенное исчезновение вида.
Для его сохранения
необходима организация заказника. В сентябре 2014 года году в
районе Бэровских бугров мной было начато исследование ириса низкого.
Цели и задачи исследования:
Цель: исследовать особенности биологии, экологии и фитоценологии редкого растения
Касатик (Ирис) карликовый (Iris pumila L/) на основе собранного материала.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1. Подобрать и адаптировать существующие методики исследования биологии и экологии
популяций редких видов растений.
2. Выполнить морфометрические измерения, определить возрастной спектр и изучить
показатели семенной продуктивности популяции;
3. Сделать заключение о нынешнем состоянии популяции Касатик (Ирис) карликовый
(Iris pumila L/). Разработать условия для организации заказника ириса низкого, оценить
семенную продуктивность, оценить жизненное состояние популяции.
Гипотеза исследования: Если проводить систематический мониторинг за состоянием
популяций редких видов (в том числе Касатика карликового), то это позволит:
-
выделить более четкие критерии редкости видов;
-
подтвердить статус редкости вида и определить меры по его охране;
-
передать данные в региональный кадастр РРЗК.
1
Об ирисе низком известно немного. Так в статье И.В.Шевченко «Цветение ирисов на югозападе Черноземья» даны методики фенологических наблюдений, которые мы сможем
использовать. Много сказано об охране ирисов и как этим заниматься, что непременно
использую в своей работе. Так же в диссертации Мамаевой Н. А., опубликованной в 2008
году использован эффективный фенологический метод исследования ириса, который я
буду использовать в своей работе. Так как он даёт наиболее полную картину о
морфологических особенностях и семенной продуктивности популяции.
Метод оценки экологического состояния популяции был взят мной из работы членов
детского экологического объединения «Родник» г. Волгограда «Экологическая оценка
состояния популяции редкого вида Касатика (Ириса низкого).
Начальные общие сведения об ирисе низком были взяты из интернет ресурсов, в
частности, https://ru.wikipedia.ru. Энциклопедия «Жизнь растений» (5 том, 2 часть, стр. 83,
92).
Методика.
Была предпринята поездка к Бэровским буграм в 2-х километрах от поселка АЦКК и в
районе ерика Безымянный № 2, на правобережье реки Волги. Оценка экологического
состояния популяции ириса проводилась по следующему плану:
1.
2.
3.
4.
5.
Описание климата, осадков, температуры, почвы;
Фенологические сроки замерзания и оттаивания;
Водный режим;
Исследованы условия произрастания цветка;
Близость человеческого жилья.
Были отобраны природные виды и интересные формы ряда растений, в том числе и ириса
низкого. Был так же отобран один экземпляр ириса низкий для полного изучения и
исследования календарных сроков цветения, поведения в культурных условиях. Для
проведения полных и точных наблюдений за цветком. Обеспечен тот же уход, что и над
обычным комнатным растением.
Помимо этого, было уточнено распространение I. pumila на Бэровских буграх и изучены
его макро- и микро морфологические особенности.
Изучение биоморфологии проведу в нынешнем сезоне согласно методу В.Н. Голубева. На
20-ти средневозрастных генеративных растениях ценопопуляции отмечались 15
параметров.
Материал по изучению ультраскульптуры зрелой пыльцы из сухого материала отдельные
пыльцевые зерна взяла у Г.И. Родионенко. Сама исследованием пыльцы займусь в апрелемае 2015 года. Помощь ожидаю от межкафедральной лаборатории электронной
микроскопии АГУ. Для описания пыльцевых зерен используется терминология,
предложенная Л.А. Куприяновой и Л.А. Алешиной (1967) и G. Erdtman (1945) с
некоторыми изменениями. Для копрологического изучения семена Iris pumila были
собраны в природе. Описания морфологии, измерения плодов и семян проведу при
2
помощи бинокуляра МБС-9 согласно общепринятым методикам . Скульптура
поверхности семян будет изучена с помощью сканирующего электронного микроскопа
(СЭМ) Camscan S-2 при увеличениях 10х - 30х и 100 х. Подготовка материала
осуществляется по описанной выше методике.
Метод геоботанических описаний
В течение июня месяца 2015 года будет выполнено 5 геоботанических описаний
растительных сообществ с участием ириса низкого на пробных площадках площадью 3х3
м² в районе АЦКК. Выясним, скольким баллам соответствует обилие вида.
Обилие видов оценивалось по шкале Ж. Браун-Бланке
7-балльная шкала Браун-Бланке
5 баллов – обилие вида свыше 75 %;
4 балла – обилие вида от 50 до 75 %;
3 балла – обилие вида от 25 до 50 %;
2 балла – обилие вида от 5 до 25 %;
1 балл – обилие вида от 1 до 5 %;
+ - вид встречается несколько раз;
r – вид встречается единично.
Результаты исследований.
Род Iris L. - самый большой и наиболее сложный из семейства Iridaceae Juss.Слово
«ирис» в переводе с греческого означает «радуга». Растение, цветок которого
олицетворяет собой красивейшее явление природы - радугу, у русского народа зовется
касатиком (Родионенко, 1961). За последние два столетия человек создал несметное
количество сортов касатика. Сорта Iris ensata Thunb. ценят за красоту цветка, раннелетний
срок цветения, декоративность листвы в течение сезона. Многообразие сортов Iris hybrida
hört, восхищают самых искушенных любителей ириса. В настоящее время известно более
500 сортов сибирских ирисов (Iris sibirica L.). Это наиболее пластичная ирисовая
культура. Скорректировав комплекс агротехнических мероприятий, ее можно успешно
выращивать едва ли не во всех климатических зонах России, от холодного севера до
жаркого юга. С 1978 г. интродукцией и селекцией ириса в ГНУ НИИСС им. М.А.
Лисавенко занимается З.В. Долганова. К 2008 г. создан гибридный фонд из 3682 сеянцев,
отобрано 164 элитных гибрида, сохраняется коллекция из 248 сортов иностранной и
отечественной селекции и создано 25 алтайских сортов [Долганова, 2008]. Представителей
рода Iris относят в группу основных много­летников, используемых в озеленении наряду с
пионом, лилейни­ком, флоксом, тюльпаном и нарциссом. Доля цветочной продукции
отечественного производства на российском рынке, по оценкам экспертов, составляет не
более 10% [Средин и др., 2010]. Сорта ириса, как и сорта многих других многолетников,
размножают только вегетативно. Низкий коэффициент вегетативного размножения
усложняет или делает невозможным производство посадочного материала в
промышленных масштабах. В этом случае необходимо увеличивать площади под
маточные насаждения, что экономически не выгодно, или находить альтернативный
вегетативному способ размножения.
Ирис низкий – уникальное растение, произрастающее в Астраханской области.
Многообразие цветовых форм и неприхотливость ириса низкого открывает широкие
возможности для использования цветка в озеленении города. Ирис подходит для
отдельной посадки на фоне газона или кустарника, в группе растений, цветущих в одно
или разное время. В народной медицине широко известен как отхаркивающее,
мочегонное и вяжущее (при гастрите) средство и как стимулятор роста волос. Растение
занесено в Красную Книгу Амурской, Белгородской, Воронежской, Еврейской
3
автономной, Кемеровской, Курской, Липецкой, Омской, Оренбургской, Пензенской,
Саратовской, Томской, Тюменской и Ульяновской областей, а также республик
Башкортостан и Саха (Якутия), и Красноярского, Приморского и Хабаровского краев.
Ирис (касатик) карликовый (Iris pumila L.) - степной геофит, распространен в степях на
каменистых, травянистых и песчаных склонах Центральной и Южной Европы, юга
европейской части России, Северного Кавказа, в Закавказье, в Украине, в Молдавии и
Казахстане. I.. pumila относится к европейско-кавказской ареалогической группе, в
которую входит и I.. pseudacorus [1]. Полиморфный вид I.. pumila относится к подроду н
секции Iris, ряду Pumilae Lawrence (который представлен также и другими видами: I..
timofejewii Woron, I... glaucescens Bunge, I.. scariosa Willd. ex Link.) [1]. Диплоидный набор
I.. pumila имеет 32 хромосомы (2n=2x=32).
Ирис низкий - Iris pumila.
Многолетнее корневищное растение из семейства ирисовых. Стебель обычно совсем не
развит, реже до 12 см высотой, с 1-м, реже с 2-мя цветками. Трубочка околоцветника в
несколько раз длиннее завязи. Произрастает на глинистых почвах в правобережье р.
Волги.
Построение моделей ириса осуществляю по 18 основным признакам, включающих
показатели генеративного побега (высота и толщина стебля, число цветков в соцветии),
околоцветника (горизонтальный и вертикальный диаметр цветка, длина и ширина
пластинки верхних долей околоцветника (стандартов), длина и ширина пластинки нижних
долей околоцветника (фолсов), пространственное расположение стандартов и фолсов,
длина и ширина бородки) и листьев (число листьев вегетативного побега, длина и ширина
листа генеративного и вегетативного побега. Все данные будут собраны весной 2015 года.
Для преодоления покоя семян в условиях in vitro намерена использовать три варианта
повреждения семенной оболочки
1. Скарификация.
2. Надрез в зоне семенного рубчика.
3. Полное удаление семенной кожуры.
Контролем будут служить семена без нарушения целостности семенной оболочки.
Результативность получения регенерантов ирисов оценивать, используя метод культуры
in vitro незрелых зародышей, изолированных в периоды до 40 дней после опыления
(ДПО), 40-50, 50-60, 60-70 и после 70 ДПО, а также на зародышах, изолированных из
зрелых семян. Для культивирования эксплантов использовать среду Murashige, Skoog
(1962) с добавлением БАП.
Математическую обработку данных проведу стандартными методами (Доспехов, 1985,
Зайцев, 1984) с использованием пакета программ Microsoft Office.
Возникающие трудности при традиционном размножении.
В июне 2014 года вовремя экспедиции на Бэровские бугры в районе АЦКК были
найдены ирисы низкие. В ходе исследования выяснила, что ирисы растут на верхушке
4
Бэровского бугра , занимая площадь в 20-25 м кв. Растут они образуя куртинки в 50-80
см. Высота ириса низкого 10-15 см.
В ноябре 2014 года уже этого бугра не обнаружила, так как весь грунт увезли к новой
строящейся бензозаправке. Так исчезли ирисы в полном составе.
Характеристика популяции ириса низкого в Астраханской области
Дальнейшее исследование связываю с фенологическими наблюдениями за цветением и
произрастанием ирисов на Бэровском бугре возле ерика Безымянный Астраханская
область.
Из научных источников стало известно , что цветение продолжается 2-3 недели. Цветки
опадают, а листья остаются зелеными и декоративными. Весной листья зеленые, летом
темнеют, а к осени на них образуется восковой налет голубовато-серого цвета.
Свое исследование с домашним ирисом начала в октябре 2014 года, когда ирис готовился
к зимовке. Через три месяца пребывания в комнатных условиях растение начало
(отходить), его листья увеличились в длину с 10 до 15 см.
На поверхности встретили растения с 2 -3 листьями с восковым налетом голубоватосерого цвета , длинной до 13 см.
Таких растений было не много по 2-3 на 1 м², корневищ не было видно.
Длительный декоративный эффект ирисов – высокий аргумент для введения их в
культуру. Особенно интересны те ирисы, которые цветут в разные сроки.
Вставить таблицу Осадки весной-летом, температура за 2-3 года
Исследование микроструктуры пыльцевых зерен ириса низкого.
В различных источниках встретила данные об исследовании пыльцы ириса низкого.
Свое исследование начну весной 2015 года и при помощи лаборатории электронного
микроскопирования АГУ. Анализируя данные полученные Г.И. Родионенко выяснила ,
что он характеризует пыльцевые зерна Iris pumila как однобороздные, сфероидальной
формы, структура экзины имеет своеобразный бородавчатый вид. Исследованные
пыльцевые зерна I.. pumila L. - дистально 1-бороздные, апертура четко выражена, в
полярном положении сплюснуто-сфероидальной или сфероидальной формы (рис. 1), в
экваториальном сплюснуто-округлые или округлые, (рис. 2) соотношение длин полярной
оси и экваториального диаметра (Р/Е)=0.61 (0.50-1.00). Пыльцевые зерна средние и
крупные по размеру, длина полярной оси 59.23 мкм (35.59 мкм - 80.4 мкм),
экваториальный диаметр 70.61 мкм (72.28 мкм 90.08 мкм). В образце попадаются
пыльцевые зерна разной формы и размера. Скульптура поверхности пыльцевых зерен
бугорчато-шиповатая (рис. 3).Все уже известные данные сравню со своими , которые
получу в апреле 2015 года.
Уникальность и своеобразие ультраскульптуры поверхности пыльцевых зерен часто
используется для систематики, представляя весьма консервативные структуры. К таким
структурам относятся и плоды, часто сохраняющие в морфологическом и анатомическом
строении исходные признаки предков, а это, в свою очередь, имеет чрезвычайно важное
значение для решения вопросов систематики и филогении различных групп
покрытосеменных растений.
Рис1. Микрофотография скульптуры поверхности пыльцевого зерна
5
Рис. 4. Микрофотография (СЭМ) скульптуры поверх-ности семени Iris pumila - крупноморщииисто-ямчатая [Родионенко, 1961]
Исследования пыльцевых зерен рода Iris, выполненные при помощи световой и
электронной сканирующей микроскопии, отражены в работах Л.А. Куприяновой (1983),
Г.И. Родионенко (1961), С. Chuma (1970), Y.B. Qi and Y.T. Zhao (1987), B.M. Доронькина
(2010) и др.
Плоды и морфологию семян ирисов изучали Dykes (1913), Г.И. Родионенко (1961) и
др. Плод ириса - нижняя синкарпная коробочка, у ириса карликового - ложно
одногнездная коробочка, вследствие разрыва перегородок и отхождения их к стенкам
плода [9.]
Морфология семян I.. pumila: семена яйцевидной и яйцевидно-шаровидной формы с
вытянутым семяпридатком в виде «носика» в районе семенного рубчика, длиной 4—5 мм,
шириной 3^4 мм, коричневого цвета, матовые. Размеры семян (отношение длины к
ширине) и их форма могут являться теми критериями характеристики вида, которые
можно дополнительно учитывать при описании и оценке рода Iris. Поверхность семян
морщинистая. Семенной рубчик светло-серого цвета продолговатой формы, слабо
выражен, длиной менее 0,5 мм.
Скульптура поверхности семян: крупно-морщинисто-ямчатая, образует на поверхности
гребни кутикулы неправильной формы (рис. 4). Были изучены как сухие семена, так и
предварительно намоченные. И в первом и во втором случае гребни кутикулы
наблюдаются, хотя у намоченных семян они не такие отчетливые. Это может
свидетельствовать о незначительном количестве эндосперма или его частичном
использовании еще до созревания семени. Подобным свойством, по данным Г.И.
Родионенко, (1961) отличаются у ирисов только филогенетически более молодые виды.
Клетки экзотесты в очертании овальные или округлые, покрыты слоем кутикулы,
наружные стенки клеток экзотесты вогнутые, эпикулярный воск представлен гранулами
разной формы и размера .
6
По этой методике мне предстоит исследовать как семена ириса низкого , так и его плоды.
Проверю ?сходятся ли характеристики ириса произрастающего в Ростовской области с
ирисом , который растет в Астраханской области на Бэровских буграх. Все- таки очень
различаются климатические условия и почвы Астраханской области от всех районов
страны. Ирис в Астрахани произрастает преимущественно на открытых участках степи,
являясь сухостойким и светолюбивым растением. Часто рядом с ирисом низким
произрастают такие растения как полынь, верблюжья колючка, иерихонская роза т. е.
растения с мощными корнями, которые способны проникать на большую глубину в
землю. Так как куртинка ириса низкого образует толстый дерновый слой, занимая
большую территорию. Ирис произрастает круговыми дерновинами, образуя собой
обширные поляны. Предпочитает широко распространенный в Астрахани тонкий
суглинок. Из-за своих ботанических особенностей ирис не произрастает вблизи рек и в
пойменных лесах.
Практическая значимость исследования.
Практическая значимость исследования популяции ириса болотного, являющегося
видом-индикатором полупустынных биоценозов , заключается в разработке эффективных
способов охраны. Данные наших исследований могут быть включены в
централизованный информационный ресурс общего доступа, о создании которого
принята резолюция на международном симпозиуме "IRIS L. – 2011".
Организация заказника.
Как говорилось выше, ирис низкий занесен в Красную книгу ряда субъектов РФ и
является вымирающим видом. Доподлинно известно, что примерно в 60-70 годы 20 века,
ирис был широко распространён на территории Астраханской области. На сегодняшний
момент численность вида резко сократилась. Сейчас, растение практически отсутствует
даже на благоприятных, для него, участках земной поверхности. Причины вымирания
ирисов, по моему мнению, следующие:
Неблагоприятная экологическая обстановка в АО
Неумеренный выпас скота
В результате хозяйственной деятельности человека (в ноябре 2014 года Бэровский бугор
разорён, так как весь грунт увезли к новой строящейся бензозаправке. Так исчезли ирисы
в полном составе). К сожалению, подобные операции проводятся по всей территории
АО.Поэтому для сохранения вида необходимо организация заказника.
Выводы.
Проведенное изучение ириса карликового (Iris pumila) в разных районах Астраханской
области , выявили его полиморфность в зависимости от почвенно-климатических условий.
Наибольшая изменчивость отмечена в окраске долей околоцветника..
7
В результате изучения и сборов в природе, а также на основании данных гербария АГУ
уточнены места произрастания I.. pumila на территории Астраханской области.
Вследствие уязвимости популяций Iris pumila, особенно вблизи населенных пунктов,
рекомендуется включить вид в Красную книгу Астраханской области.
Планируются исследования макроморфологических признаков ириса карликового, а
также при помощи световой и электронной сканирующей микроскопии изучить
микроморфологию, в частности структуру поверхности пыльцевых зерен и семян I.
pumila.
В будущем можно создать сорт ириса низкого , который будет участвовать в озеленении
нашего города.
Список литературы.
1. Алексеева Н.Б. Виды рода Iris L. во флоре России. Проблемы охраны в природе и
интродукции / Н.Б. Алексеева // Дисс. ... канд. биол. наук. - Санкт-Петербург, 2005. 15
2. Доронькин В.М Филогения сибирских видов рода касатик (Iris L. - Iridaceae).
выявленная на основе микроскульптуры экзины пыльцевых зерен / В.М. Доронькин //
XII Моск. совещ, по филоген. раст., посвящ. 250-лет. со дня рожд. Георга-Франца
Гофмана: Материалы. Москва, 2-7 февр. 2010. - М.: Товарищ, научн. Изд. КМК, 2010. С. 127-130.
3. Культиасов М.В. Эколого-исторический метод в интродукции растений / М.В.
Культиасов // Бюлл. ГБС. Вып. 15, 1953. - С. 24-39.
4. Локтев С.Н. Еще раз о садовой классификации ирисов / С.Н. Локтев // Ирисы России. Ежегодный бюллетень. - 2004. - Вып. № 12. - С. 37-40.
5. Родионенко Г.И. Род Касатик (Ирис) - Iris / Г.И. Родионенко. - Декоративные
травянистые растения для открытого грунта СССР. - Л.: Наука, 1977. - Т. 1. - С. 225273.
6. Шевченко Г.Т. Распространение касатиков секции Iris в Ставропольском крае и южных
районах Калмыцкой АССР / Г.Т. Шевченко // Материалы по изучению Ставропольского
края. - 1976. - Вып. 14.- С.351-357.
7. 2. Куприянова Л.А. Сем. Iridaceae Juss. – Касатиковые / Л.А. Куприянова // Споры
папоротникообразных, пыльца голосеменных и однодольных растений флоры
европейской части СССР. – Л.: Наука, 1983. – С. 114–120.4. Родионенко Г.И. Род Ирис
– Iris L. / Г.И. Родионенко. – М.–Л.: Изд-во АН СССР, 1961. – 215 с.
8. Эрдтман Г. Морфология пыльцы и систематика растений / Г. Эрдтман. – М.: Иностр.
лит-ра, 1956. – 486 с.
9. Литвинская Л.А. Касатик карликовый .Iris pumila L. 1753 //Красная книга
Краснодарского края(Растения и грибы). Изд-во второе. / Отв. ред. С.А. Литвинская. –
Краснодар: ООО Дизайн Бюро №1,2007. – С.216-217.
10. Лекарственные растения Астраханской области. Учебное пособие, 1996г. Изд-во
АГПИ.
8