Some ecological features of Tulipa patens Agardh ex Schult. & Schult. fil. in the collection of Central Siberian Botanical Garden of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Cover Page

Abstract


The paper analyzes the characteristics of the seasonal development of Tulipa patens from two donor regions (Altai Krai, Republic of Kazakhstan) in the ex situ conditions of the recipient region, provides comparative in situ morphometric characteristics of these two groups of plants and a comparison with plants in situ. The following characteristics of the adaptation process, which distinguish the two groups from each other growing at the time of the experiment under the same ecological conditions, were revealed: 1) the Kazakhstan plants start the growing season 2–6 days before the Altai Krai plants and most of its phases have a longer duration; 2) for Kazakhstan plants, at the beginning of the regrowth and sprouting phenophase, less sums of temperatures above zero and the number of sunny days are needed; 3) there are significant morphometric differences between Kazakhstan and Altai Krai plants, in ex situ and in situ. Republic of Kazakhstan plants that grow on rocky steppes have more adaptive potential than Altai Krai plants that grow on rocky slopes. Based on the obtained results we can assume that plants of the species Tulipa patens have genetic polymorphisms.


Full Text

Введение

Tulipa patens – тюльпан поникающий, один из четырёх видов рода Tulipa, произрастающих в Сибири, занесён в Красную книгу Новосибирской области [1, с. 368]. Вид распространён на севере Казахстана и граничащей с ним южной части России. Эндемик, в основном степной вид. Кемеровская область и Республика Алтай являются восточным пределом ареала данного вида, а по Новосибирской области (НСО) проходит северная его граница.

Вид изучен слабо. Из литературных данных стало известно, что «T. patens в уральской части ареала характеризуется высоким уровнем генетической изменчивости…» [2, с. 350] и для него «характерны слабая изменчивость и автономность параметров цветка» [3, с. 106]. Особый интерес, проявленный нами к T. patens, вызван его редкостью и распространением представителя азиатского рода в пределах Сибири. На фоне контрастных природных местообитаний стал реален эксперимент по сравнению адаптационного поведения особей одного вида, взятых из разных мест, в условиях, отличающихся от изначальных.

Целью работы стало выявление адаптационных особенностей при интродукции растений одного вида в одинаковых условиях из разных местообитаний.

Объект и методики исследования

Tulipa patens Agardh ex Schult. & Schult. fil. относится к секции Eriostemones Boiss. Fl. Or. [4, с. 355].

Растения были собраны в Восточно-Казахстанской области в 2013 и 2014 гг. (20 генеративных растений) и в Алтайском крае в 2016 и 2017 гг. (10 генеративных растений). На территории Казахстана растения произрастали на каменистых степях (рис. 1), на Алтае были собраны со склонов скальных выходов у берега реки Иша (рис. 2).

 

Рисунок 1 – Tulipa patens. Республика Казахстан. Фото Л.В. Герасимович

 

Рисунок 2 – Tulipa patens. Алтайский край. Фото Л.В. Герасимович

 

Луковицы были высажены на коллекционном участке (УНУ № USU 440534), на солнечном, хорошо проветриваемом месте, где снег сходит быстро, не задерживается. Из агротехники предпринималось только уничтожение сорняков (три раза за сезон).

Для изучения растений проводились фенологические наблюдения [5], сделаны экологические описания начала фенофаз, проведён сравнительный анализ некоторых морфометрических параметров.

Результаты исследований и их обсуждение

Растения T. patens в коллекции ЦСБС (ex situ) проходят полный фенологический цикл с образованием полноценных семян. На 2021 год сохранилось 15 растений из Казахстана (РК) и одно растение из Алтайского края (АК).

На рисунке 3 для сравнения представлены феноспектры за три года, где видны отличия в сроках прохождения фенофаз. Отрастание растений из РК начинается раньше, и большинство фаз по продолжительности длиннее, чем у растений из АК. В 2018 г. растения из АК цвели, но не плодоносили. Можно предположить, что это связано или с незрелостью пыльцы самого растения, или с отсутствием опылителя.

 

Рисунок 3 – Ритмы роста и развития Tulipa patens в ЦСБС СО РАН в 2018–2020 гг. Примечание: х – кол-во дней.

 

В табл. 1 даны экологические характеристики начала фенофаз. Как видно из таблицы, для растений из РК на фенофазы отрастания и бутонизации нужно меньше сумм температур выше нуля и количества солнечных дней. На фазе цветения показатели уравниваются, но на фазе плодоношения повторно разнятся.

 

Таблица 1 – Некоторые характеристики начальных этапов фенофаз для Tulipa patens за три года, ex situ

Показатели

Начало фенофазы

отрастания

бутонизации

цветения

плодоношения

Среднесуточная температура, °С

АК

−0,5–3,2

2,5–8,4

6,0–13,9

8,7–11,6

РК

−0,5–5,0

2,5–6,0

6,5–18,3

10,5–21

Сумма температур выше 0°С, °С

АК

12–32

24–117

123–232

305–362

РК

6–10

19–47

123–227

245–362

Сумма солнечных дней, дни

АК

4–9

9–14

18–21

22–31

РК

3–5

7–11

17–21

21–28

 

Сравнение определённого ряда морфометрических параметров по годам между исследуемых групп растений указывает на существенное отличие между растениями из РК и АК, произрастающими на момент эксперимента в одинаковых экологических условиях. В условиях ex situ растения из РК отличаются более высокими показателями практически всех морфометрических параметров на протяжении всех трёх лет.

 

Таблица 2 – Изменчивость морфометрических параметров побега у Tulipa patens в условиях ex situ

Морфометрические признаки

2018 г.

2019 г.

2020 г.

АК

РК

АК

РК

АК*

РК

Высота растения, см

12,5–15,3

14,6–37,5

9,5–23,0

15,0–25,0

29,0

23,0–44,0

Длина цветоноса, см

8,2–9,5

11,3–24,0

8,0–16,0

11,5–20,0

25,0

14,6–32,0

Длина верхнего листа, см

11,2–15,5

15,3–24,3

15,0–18,0

14,0–16,0

17,0

10,6–22,0

Ширина верхнего листа, см

0,7–1,4

0,6–1,2

1,0–1,1

0,6–1,0

0,8

0,3–1,8

Длина нижнего листа, см

14,0–16,6

17,4–25,8

18,5–20,0

16,0–19,5

25,0

15,3–23,7

Ширина нижнего листа, см

1,3–2,0

0,7–1,9

1,0–1,8

1,0–1,5

2,3

1,1–2,7

Высота околоцветника, см

2,5–3,0

3,1–4,7

3,6

2,5–3,7

Примечание. Интродуцированные из: * – данные с единичного растения; жирным шрифтом выделены значения морфометрических показателей, по которым растения РК уступают в размерах растениям АК.

 

При сравнении морфометрических данных in situ с ex situ (табл. 3) можно заметить значительное увеличение высоты растения, ширины верхнего и нижнего листа у растений РК в ex situ. У растений АК значительно увеличились в ex situ метрические показатели листьев. Существенно увеличились минимальные значения размера околоцветника в ex situ, а максимальные их значения остались практически без изменения у обеих групп. Стоит отметить, что в Оренбургской области высота генеративного побега составляет 10–40 см высотой [6].

 

Таблица 3 – Сравнение морфометрических параметров побега у Tulipa patens при in situ и ex situ

Морфометрические параметры

in situ

ex situ

Западная Сибирь [*; 7]

Республика Казахстан [8; 9]

Алтайский край

Республика Казахстан

Высота растения, см

5,5–30,0

10,0–25,0

9,5–29,0

14,6–44,0

Длина верхнего листа, см

4,5–11,0

до 22

11,2–18,0

10,4–24,3

Ширина верхнего листа, см

0,3–0,8

до 0,7

0,7–1,4

0,3–1,8

Длина нижнего листа, см

5,0–18,0

до 24

14,0–25,0

15,3–25,8

Ширина нижнего листа, см

0,4–1,3

0,4–1,0; до 1,7

1,0–2,3

0,7–2,7

Высота околоцветника, см

1,8–3,5

1,5–3,5; до 4,5

2,5–3,6

2,5–4,7

Примечание. * – данные по гербарию ЦСБС СО РАН.

 

Заключение

На основе полученных данных можно сделать вывод, что на ранних этапах адаптации растения одного вида из разных местообитаний имеют отличия. Растения из РК начинают вегетационный сезон на 2–6 дней раньше растений из АК, и большинство фаз их по продолжительности длиннее. Для растений из РК на начало фенофазы отрастания и бутонизации нужно меньше сумм температур выше нуля и количества солнечных дней. Есть существенные отличия в показателях морфометрических параметров у растений из РК и АК при одинаковых экологических условиях и между in situ и ex situ.

Растения из Казахстана, растущие в каменистых степях, имеют больше адаптационного потенциала, нежели растения из Алтайского края, произрастающие на каменистых склонах. Это подтверждается выживанием луковиц при пересадке и увеличением органов генеративного побега.

На основании полученных данных мы можем предположить, что растения вида Tulipa patens обладают генетическим полиморфизмом.

 

Работа выполнена в рамках проекта «Анализ биоразнообразия, сохранение и восстановление редких и ресурсных видов растений с использованием экспериментальных методов» (регистрационный номер АААА-А21–121011290025–2).

About the authors

Lyudmila Vladimirovna Gerasimovich

Central Siberian Botanical Garden of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: gerasimovitch77@mail.ru

Russian Federation, Novosibirsk

candidate of biological sciences, junior researcher of Ornamental Plants Introduction Laboratory

References

  1. Красная книга Новосибирской области: Животные, растения и грибы. 2-е изд., перераб. и доп. Новосибирск: Арта, 2008. 528 с.
  2. Кутлунина Н.А., Мамаева П.О., Беляев А.Ю. Генетическая изменчивость тюльпана поникающего (Tulipa patens) в уральской части ареала по аллозимным маркерам // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии: XIV междунар. науч.-практ. конф. № 14. Барнаул, 2015. С. 348–350.
  3. Мухаметшина Л.В., Ишмуратова М.М., Муллабаева Э.З. Особенности биологии и ценопопуляционные характеристики видов рода Tulipa L. на Южном Урале // Вестник Удмуртского университета: Биология. Наука о Земле. 2015. Т. 25, вып. 2. С. 101–108.
  4. Введенский А.И. Tulipa L. // Флора СССР. Т. 4. М.; Л.: АН СССР, 1935. С. 320–364.
  5. Бейдеман И.Н. Методика изучения фенологии растений в растительных сообществах. Новосибирск: Наука, 1974. 256 с.
  6. Колонтаева Н.В. Тюльпан поникающий (Tulipa patens Agardh ex Schult. et Schult. fil.) // Красная книга Оренбургской области: редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды животных, растений и грибов: официальное издание. Воронеж: ООО «Мир», 2019. С. 319.
  7. Крылов П.Н. Tulipa L. Тюльпан // Флора Западной Сибири. Вып. 3. Томск: Томское отд. Русского ботанического общества, 1929. С. 638–640.
  8. Байтенов М.Б., Голоскоков В.П., Дмитриева А.А., Доброхотова К.В., Кузнецов Н.М., Павлов Н.В., Поляков П.П. Флора Казахстана. Т. 2. Алма-Ата: Академия наук Казахской ССР, 1958. 290 с.
  9. Бочанцева З.П. Тюльпаны. Морфология, цитология и биология. Ташкент: Изд-во АН Узбекской ССР, 1962. 408 с.

Supplementary files

Supplementary Files Action
1.
Figure 1 - Tulipa patens. The Republic of Kazakhstan. Photo by L.V. Gerasimovich

Download (55KB) Indexing metadata
2.
Figure 2 - Tulipa patens. Altai region. Photo by L.V. Gerasimovich

Download (83KB) Indexing metadata
3.
Figure 3 - Rhythms of growth and development of Tulipa patens at CSBS SB RAS in 2018–2020. Note: x - number of days

Download (28KB) Indexing metadata

Statistics

Views

Abstract - 55

PDF (Russian) - 20

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2021 Gerasimovich L.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies