Биоэкологические особенности редких и исчезающих растений при интродукции в условиях Мангышлакского экспериментального ботанического сада

Представлены результаты исследований биоэкологических особенностей 8-и видов травянистых растений (Ixiliorion tataricum, Convallaria majalis, Ornithogalum fischeranum, Convolvulus persicus, Iris aphylla, Tulipa sogdiana, Tulipa schrenkii, Tulipa biflora), включенных в Красную книгу Республики Казахстан (6 видов), Российской Федерации (1 вид) и Мангистауской области (1 вид), при интродукции в условиях Мангышлакского экспериментального ботанического сада. Приведены биоэкологические особенности растений, жизненные формы, их биометрические показатели, итоги фенологических наблюдений в условиях ex situ Мангышлакского экспериментального ботанического сада. Из 8 исследуемых видов 6 являются эфемероидами, 2 — длительно-вегетирующие. Все растения проходят все фазы вегетации, успешно возобновляются семенным и вегетативным путем. Морфометрические показатели объектов исследования превышают аналогичные данные в местах естественного произрастания, что свидетельствует об устойчивости в условиях культуры. По итогам введения в культуру заложен семенной фонд редких и исчезающих растений, предложено применение видов в декоративном садоводстве Манги- стауской области.

Введение

В последние десятилетия в Мангистауской области отмечен рост воздействия антропогенных факторов на природные экосистемы [1]. Это обусловлено распашкой земель, добычей нефти, усиленным выпасом домашнего скота, строительством новых дорог и нефтепроводов. В первую очередь это негативно сказывается на популяциях редких, исчезающих, реликтовых и эндемичных видах растений, характеризующихся малочисленностью и своеобразием условий произрастания. Климат Мангистауской области характеризуется экстремальной аридностью [2], что делает популяции растений более уязвимыми перед природными и антропогенными факторами [3].

Одним из путей сохранения биологического разнообразия является создание коллекций живых растений [4], позволяющих сформировать фонд живых генетических ресурсов, оценить особенности биологии и экологии таксонов, отработать методы размножения и накопить семенной и посадочный материал для реинтродукции.

Ведущей организацией в Западном Казахстане, где проводятся обширные интродукционные испытания, является Мангышлакский экспериментальный ботанический сад, на базе которого осуществлялись настоящие исследования. Изучение фенологии, ритмов роста и развития, морфологии и биометрии дает объективную оценку биоэкологическому разнообразию, как в пределах вида, так и в отношении отдельных популяций.

Целью настоящего исследования являлось — провести оценку биоэкологических особенностей 8-и редких и исчезающих видов растений на территории Мангышлакского экспериментального ботанического сада.

Объекты и методы исследования

Объектами исследований послужили 8 редких и исчезающих видов растений (Ixiliorion tataricum (Pall.) Roem., Convallaria majalis L., Ornithogalum fischeranum Krasch., Convolvulus persicus L., Iris aphylla L., Tulipa sogdiana Litv., Tulipa schrenkii Regel, Tulipa biflora Pall.), произрастающих в условиях ex situ на коллекционном участке «Природная флора» Мангышлакского экспериментального ботанического сада. Виды были привлечены из природных популяций путем отбора семян и посадочного материала (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика объектов исследования и точки отбора исходного материала для интродукции

Климатические условия места интродукции характеризуются резко континентальным и засушливым климатом [2]. Лето продолжительное и жаркое с малым количеством осадков (50–250 мм), регулярно дуют сильные ветры, 2–3 раза в месяц наблюдаются пыльные бури. Зима короткая, относительно теплая и малоснежная.

За коллекционными растениями проводили фенологические наблюдения [5], оценивались общее состояние, устойчивость к высоким температурам и засухе. В течение вегетационного периода проводили биометрические измерения, наблюдения за динамикой роста и развития растений, особенностями цветения и плодоношения [6]. Морфолого-биометрические особенности растений определялись по следующим параметрам: высота, линейные размеры листьев, цветка, плода [7]. При изучении морфологических признаков растений учитывали форму стеблей, листьев, цветков, семян и плодов. Выполнялись плановые уходные мероприятия: полив, прополка от сорной растительности, обработка против вредителей и возбудителей заболеваний.

Фитоохранный статус оценивали в соответствии с категориями МСОП [8], учитывалось включение видов в Красную книгу Республики Казахстан [9], Российской Федерации [10] и Мангистауской области [11]. Экологические особенности видов приводили по отношению к условиям увлажнения, свету и почве.

Результаты и обсуждения

В настоящее время в Коллекционном генофонде Мангышлакского экспериментального ботанического сада насчитывают 59 видов из 48 родов и 37 семейств, отнесенных к категории редких и исчезающих растений местной природной и инорайонной флоры [12, 13]. Данная коллекция включает 38 видов древесно-кустарниковых растений и 21 вид травянистых многолетников.

Из 8 таксонов 6 включены в список Красной книги Республики Казахстан, 1 вид — в Красную книгу Российской Федерации, 1 вид — в Красную книгу Мангистауской области (табл. 2).

Таблица 2

Фитоохранный статус и состояние в коллекции изучаемых видов растений

Ниже приведена краткая биоэкологическая характеристика исследуемых видов растений:

Ixiliorion tataricum (Pall.) Roem. — иксилирион татарский. Луковичный многолетник, до 50 см высотой, с узкими линейными листьями. Стебель прямой или слегка изогнутый. Листья узколинейные, тонко заостренные, слегка желобчатые, скучены, в основном, в нижней части стебля. Соцветие кистевидное, часто разветвленное, количество цветков от 1 до 5. Цветки колокольчатые, до 4 см длиной, цвет — от синего до темно-фиолетового (см. рис.). Плод — продолговато-булавовидная коробочка, до 5 см длиной и 0,9 см шириной.

Цветет с середины апреля до середины июля, плодоносит в июне–августе. Плодоношение регулярное, обильное. Ксерофит, гелиофит, эфемероид. В культуре устойчив.

Convallaria majalis L. — ландыш майский. Многолетнее, корневищное и травянистое растение высотой 15–30 см. Листья размещены в прикорневой розетке в количестве 2–3, с дугонервным жилкованием, продолговато-эллиптические, заостренные, длиной 10–20 см и шириной 4–8 см, ярко-зеленые. Цветочная кисть рыхлая, однобокая. Цветы душистые, числом от 6 до 20. Плод — красно-оранжевая, шаровидная ягода. Семена округло-яйцевидные, светло-желтые, длиной 3–4 мм.

Цветет в апреле–июне, плодоносит в августе–сентябре. Плодоношение умеренное и ежегодное. Мезофит, сциофит. В культуре устойчив на фоне обильного полива.

Ornithogalum fischeranum Krasch. — птицемлечник Фишера. Многолетнее, луковичное, травянистое растение. Стебель 20–40 см высотой, прямой, гладкий. Листья в числе 4–6, линейные, желобчатые, по краю гладкие. Соцветие 5–10 см длиной, из 8–12 цветков, рыхлое, кистевидное, цветоножки 1–3 см длиной. Плод — яйцевидная коробочка, семена плоские.

Цветет со 2–3 декады апреля до конца мая, плодоносит — в мае-июне. Плодоношение ежегодное, умеренное. Ксеромезофит, гелиофит, эфемероид. В культуре устойчив.

Convolvulus persicus L. — вьюнок персидский. Травянистый, корневищный многолетник, 15–20 см высотой. Стебли прямостоячие и густо облиственные. Листья эллиптические, в основании округлые, короткочерешковые. Стебель и листья сизого цвета, густо опушены войлочными волосками. Цветки одиночные, на отклонённых пазушных цветоножках, с двумя маленькими прицветничками. Чашелистики широкояйцевидные, венчик белоокрашенный, 30–45 мм в диаметре. Плод — яйцевидная коробочка, 10–12 мм длины, зрелая голая.

Цветет с мая по начало августа, в условиях ex situ практически не плодоносит, размножается вегетативно за счет корневищ. Цветение ежегодное и обильное. Ксеромезофит, псаммофит, гелиофит. В культуре устойчив.

Iris aphylla L. — ирис (касатик) безлистный. Многолетнее травянистое и корневищное растение, 25–30 см высотой. Листья 25–30 см длиной, мечевидные, слегка изогнутые, к верхушке резко суженные, остроконечные. Цветки 6–7 см диаметром, без аромата, светло фиолетовые. Внутренние доли околоцветника прямостоячие, несколько шире наружных, внезапно суженные в длинный ноготок. Плод — узкая коробочка, семена овальные, плоские.

Цветет в мае, плодоносит в июне. Цветение и плодоношение ежегодное и обильное. Ксеромезо- фит, гелиофит. В культуре устойчив на хорошем поливе.

Tulipa sogdiana Bunge — тюльпан согдийский. Луковичный многолетник, 10–25 см высотой. Стебель голый. Листья в числе 2–3, расставленные, отогнутые, слегка курчавые, голые, ланцетно-линейные, нижний лист обычно более широкий, не превышающий цветок. Цветок всегда один, доли околоцветника белые, с едва заметным розоватым оттенком, при основании желтые, 15–25 мм длиной, наружные продолговато-ланцетные, острые, снаружи грязновато-фиолетовые, почти в 2 раза уже

внутренних, внутренние яйцевидные, тупые, с коротким остроконечием, при основании суженные и здесь слегка ресничатые.

Цветет в марте–апреле, плодоносит в мае – начале июня. Плодоношение ежегодное и обильное. Ксерофит, псаммофит, гелиофит, эфемероид. В культуре устойчив.

Tulipa schrenkii Regel — тюльпан Шренка. Травянистый, луковичный многолетник. Стебель до 30–40 см высотой, голый. Листья в числе 3, расставленные, сизоватые, слабо волнистые по краю, короче цветка. Цветок чашевидно-лилейного типа до 7 см высотой, очень изменчив по форме, с легким приятным ароматом. Окраска от желтого до темно-красного цвета, отмечено желтое пятно по центру. Плод коробочка, до 4 см длиной и 2,2 см шириной.

Цветет с конца апреля до конца мая, плодоносит в июне. Цветение и плодоношение ежегодное и умеренное. Ксеромезофит, гелиофит, эфемероид. В культуре устойчив.

Tulipa biflora Pall. — тюльпан двуцветковый. Травянистый, луковичный многолетник, 10–20 см высотой. Стебель голый с двумя расставленными линейными листьями. Листья гладкие, линейные, нижний более широкий, до 2,5 см длиной. Цветки мелкие, одиночные, белые, с жёлтым дном. Плод — округлая коробочка, до 2,6 см длиной и 1,7 см шириной.

Цветет с середины апреля и до начала мая, плодоносит в мае–июне. Цветение и плодоношение ежегодное и умеренное. Ксеромезофит, гелиофит, эфемероид. В культуре устойчив.

В таблице 3 приводятся биометрические показатели интродуцируемых видов.

Таблица 3

Биометрические показатели редких и исчезающих видов растений в Мангышлакском экспериментальном ботаническом саду

По морфометрическим показателям испытуемые в культуре виды превосходят экземпляры из природных мест обитания. За период наблюдений с 2010 по 2020 гг. не отмечено повреждений вредителями и заболеваниями.

Анализ фенологических данных исследуемых редких и исчезающих видов показал, что наиболее раннее начало вегетации отмечено для тюльпана Шренка и тюльпана двухцветкового, у которых отрастание надземных органов отмечено в 3-й декаде февраля. Часть видов начинают вегетацию в 1-й декаде марте — ирис безлистный, тюльпан согдийский, иксилиорион татарский. Во 2-й декаде марта начиналось отрастание птицемлечника Фишера. В 3-й декаде марта отмечено отрастание ландыша майского; для ландыша майского — в 1–2-й декадах апреля. Развертывание листьев у интродуцентов наблюдается в течение 2–3 недель после начального отрастания, в целом, отмечены сроки от 28 февраля до 29 апреля.

Следующая важная фаза для интродуцентов — это бутонизация. Самые ранние сроки бутонизации зафиксированы для ириса безлистного и тюльпана двуцветкового — 1–2-я декады марта. Остальные интродуценты вступали в фазу бутонизации в течение апреля.

Цветение растений, как и фаза бутонизации, проходило в разные сроки. Самые ранние сроки цветения отмечены для тюльпана двуцветкового — 2–3-я декады марта. Часть видов цветет в апреле — ирис безлистный, тюльпан Шренка и тюльпан согдийский. В мае цветут иксилиорион татарский, птицемлечник Фишера и ландыш майский. Более позднее начало цветения отмечено в июне для вьюнка персидского.

Завязывание семян, несмотря на период цветения, отмечено не для всех интродуцентов. Самые ранние сроки завязывания семян отмечены для тюльпанов в 1–3-й декадах апреля. В мае начало наблюдали завязывание семян у ириса безлистного, птицемлечника Фишера, иксилиориона татарского. На июнь месяц приходится фаза завязывания семян у ландыша майского. Не дает семена вьюнок персидский.

Окончание вегетации также имело широкий диапазон сроков. Так, эфемероиды закончили вегетацию в начале лета — в 1–2 декадах июня. Это следующие виды: птицемлечник Фишера, тюльпаны и иксилиорион татарский. К середине июля заканчивает вегетацию ирис безлистный. Остальные виды редких и исчезающих растений (ландыш майский и вьюнок персидский) заканчивают вегетацию в 1–2 декадах октября.

Таким образом, проводимая ботаническим садом работа по введению в культуру редких и исчезающих видов растений обеспечивает их сохранение, размножение, изучение их биологии и экологии, а также накопление материала для обмена с другими ботаническими организациями. Собранные коллекции редких видов растений ботанического сада могут послужить источником образцов для реинтродукции таких видов в природные местообитания и для внедрения в культуру декоративных видов растений.

Заключение

В условиях Мангышлакского экспериментального ботанического сада все испытуемые редкие и исчезающие виды травянистых растений проходят все фенологические фазы, регулярно цветут и плодоносят, за исключением вьюнка персидского. Все таксоны способны к самовоспроизведению при создании условий, соответствующих их эколого-биологическим особенностям, отмечено семенное и вегетативное возобновление.

Интродуценты положительно отзываются на условия культуры, проявляют свои потенциальные возможности, устойчивы к вредителям и болезням и климатическим условиям.

По итогам введения в культуру заложен семенной фонд редких и исчезающих растений, предложено применение видов в декоративном садоводстве Мангистауской области.

Список литературы

1. Rabiou H. Influence of anthropogenic and ecological factors on stand structure of Pterocarpus erinaceus Poir. in Sudanian and Sahelian zones of Burkina Faso and Niger / H. Rabiou, K. Adjonou, I. Issaharou-Matchi, K.N. Segla, B.A. Bationo, A.D. Kokutse, A.M. Mahamane, K. Kokou // Journal of Ecology and the Natural Environment. — 2019. — Vol. 11(7). — P. 98–107.
2. Ботаническая география Казахстана и Средней Азии (в пределах пустынной области). — СПб., 2003. — 424 с.
3. Ydyrys A. The effect of antropogenic factor on rare, endemic plant species in Ile Alatau / A. Ydyrys, A. Serbayeva, S. Dossym- betova, A. Akhmetova, A. Zhuystay // Web of Conferences. — 2020. — 222, 05021. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202022205021
4. Convention on Biological Diversity. — Rio de Janeiro, 1992. — 50 p.
5. Методики фенологических наблюдений в ботанических садах СССР // Методики интродукционных исследований в Казахстане. — Алма-Ата: Наука, 1987. — С. 4–35.
6. Байтуллин И.О. Теоретические основы и методические подходы к интродукции растений в регионы с экстремальными климатическими условиями / И.О. Байтулин // Изв. НАН РК. Сер. биол. и мед. — 2010. — № 2 (278). — С. 18–25.
7. Сауткина Т.А. Морфология растений: учеб. пос. / Т.А. Сауткина, В.Д. Поликсенов. — Минск: БГУ, 2004. — 115 с.
8. Категории и критерии Красного списка МСОП. — Гланд: МСОП, 2001. — 48 с.
9. Красная книга Республики Казахстан. Растения. — Астана: Багира, 2006. — 550 с.
10. Красная книга Российской Федерации (растения и грибы). — М.: Товарищество научных изданий КМК, 2008. — 885 с.
11. Аралбай Н.К. Каталог редких и исчезающих видов растений Мангистауской области (Красная книга) / Н.К. Аралбай, Г.М. Кудабаева, А.А. Иманбаева. — Актау, 2006. — 32 с.
12. Imanbayeva A.A. Diagnostics of introduction value of herbs of natural flora in the conditions of Mangystau / A.А. Imanbayeva, I.F. Belozerov, M.Yu. Ishmuratova // Bulletin of the Karaganda University. Series Biology. Medicine. Geography. — 2018. — No. 4/92. — P. 54–58.
13. Imanbayeva A.A. Formation of the electronic database of the collection gene fund of the Mangyshlak experimental botanical garden / A.A. Imanbayeva, I.F. Belozerov // EurAsian Journal of BioSciences. — 2019. — Vol. 13, No. 2. — Р. 1405–1410.