Научно-исследовательская работа «Интродукция Лилии кудреватой Lilium martagon как метод сохранения дикорастущих охраняемых видов. Овчинникова Е.. Научноисследовательская работа Интродукция Лилии кудреватой Lilium martagon как метод сохранения дикорастущих охраняемых видов растений
 Скачать 1.47 Mb.
|
|
МБОУ «Новопоселеновская средняя общеобразовательная школа» Курского района Курской области Научно-исследовательская работа «Интродукция Лилии кудреватой Lilium martagon как метод сохранения дикорастущих охраняемых видов растений» Подготовил: Овчинникова Елена Вячеславовна, обучающаяся 11 класса Руководитель работы: Поляничева Нина Олеговна, учитель биологии МБОУ «Новопоселёновская средняя общеобразовательная школа» Курского района Курской области К  урск, 2021Содержание Введение………………………………………………………………………2 История интродукции лилий в России……………………………………...5 Методика исследований……………………………………………………..7 Изучение особенностей биологии и экологии объекта исследования..……9 Практическая часть исследования…………………………………………11 Результаты исследования……………………………………………………18 Выводы……………………………………………………………………….19 Заключение…………………………………………………………………….20 Список использованной литературы………………………………………21 Приложение 1………………………………………………………………..22 Введение В последние десятилетия биологическое разнообразие стало привлекать внимание не только специалистов-биологов, но и экономистов, политиков, а также общественность в связи с очевидной угрозой антропогенной деградации биоразнообразия, намного превышающей нормальную, естественную деградацию. Все виды имеют право на существование. Это положение записано во «Всемирной хартии природы», принятой Генеральной Ассамблеей ООН. Наслаждение природой, ее красотой и разнообразием имеет высочайшую ценность, не выражающуюся в количественных показателях. Разнообразие – это основа эволюции жизненных форм. Снижение видового и генетического разнообразия подрывает дальнейшее совершенствование форм жизни на Земле. К настоящему времени в мировом сообществе твердо сложилось понимание необходимости сохранения земного биоразнообразия, ведь процесс его обеднения происходит повсеместно и непрерывно, главным образом, в результате влияния человеческой деятельности. Важнейшими центрами сохранения растительного разнообразия всегда были ботанические сады. При этом одним из приоритетных направлений их деятельности является введение в культуру растений местной флоры с целью сохранения их генофонда через культивирование. Поэтому проблема создания и сохранения интродукционных популяций редких и охраняемых видов растений является актуальной. Цель данной работы − интродукция Лилии кудреватой и оценка её перспективности по результатам введения в культуру. Объект: лилия кудреватая Предмет: методы интродукции Гипотеза: если лилия кудреватая имеет высокую оценку перспективности, следовательно, её можно ввести в культуру. Задачи: изучение методов интродукции в литературе; изучение морфологических, биологических и экологических особенностей Лилии кудреватой и на основе этих знаний интродукция Лилии кудреватой, а также создание условий для её дальнейшего сохранения в местной флоре; провести комплексную оценку перспективности вида по результатам интродукции; создать проект «Лилейника» из интродуцированных представителей семейства Лилейные для культивирования на школьной клумбе. Из семейства лилейные к редким и охраняемым видам в Курской области относятся 9 видов: брандушка разноцветная (1), гадючий лук незамеченный (0), гиацинтик беловатый (2), пролеска двулистная (2), пролеска сибирская (2), рябчик шахматный (2), рябчик русский (2), лилия кудреватая (2), птицемлечник Гуссона (1), где (0) – вид, по-видимому, исчезнувший с территории Курской области, (1) – вид, находящийся под угрозой исчезновения, (2) – вид, уязвимый вид, который в ближайшем будущем может перейти в категорию 1. [3] Некоторые виды уже введены в культуру и часто выращиваются на приусадебных участках, в том числе и на клумбах нашей школы: крокусы, гиацинты, пролески, мускари. Но их дикорастущие популяции находятся под охраной. Предметом нашего наблюдения и исследования стала лилия кудреватая, или мартагон (Lilium martagon). В культуре известно много сортов лилий, однако группа мартагонов не получила широкого распространения. Реализуя данную работу, мы привлечем внимание окружающих к проблеме редких и охраняемых растений Курской области. Сроки проведения исследования: февраль 2018 – октябрь 2020 года, место проведения – д.Новопоселеновка, ул.Мирная, д.32 и на базе школы д. 1-е Цветово, ул.Школьная, д.21 История интродукции лилий в России В России впервые изучение лилий началось с 1727 г., когда в Петербургский Ботанический сад были привезены первые луковицы L. Martagon. В Главном ботаническом саду РАН им Н.В. Цицина в Москве интродукционная работа с лилиями ведется с 1970 г. Проводится отбор более декоративных и устойчивых сортов и форм лилий в европейской части России. В настоящее время на коллекционных участках насчитывается 259 сортов и 5 видов лилий. Во ВНИИ садоводства им. И.В. Мичурина с 1962 г. уже более 40 лет ведутся исследования культуры лилий. Селекционерами М.Ф. Киреевой, Н.Г. Коршиковой, Н.В. Ивановой, В.В. Мартыновой получено несколько десятков сортов Азиатских гибридов, которые превосходят зарубежные по декоративным качествам, обладают высокой зимостойкостью, устойчивость к болезням и вредителям, бульбоносностью, ранними сроками цветения и другими хозяйственно – ценными признаками. Проводится изучение 135 сортов лилий. Сорта лилий селекции ВНИИС им. И.В. Мичурина получили распространение по всей России, могут выращиваться даже в экстремальных условиях Якутии, испытаны в Белоруссии, являются перспективными для озеленения населенных пунктов в условиях Урала, Сибири, отмечена высокая декоративность, зимостойкость в условиях Калининградской области. В коллекции лилий Ботанического сада Дальневосточного филиала СО РАН в 1991 году насчитывалось 10 видов лилий и 85 сортов. Изучаются виды и сорта по срокам цветения, их биологические особенности, способы размножения, возможности декоративного использования лилий в ландшафтном оформлении. В январе 2014 года в ГБС РАН им. Цицина была создана секция «Лилии», целью работы которой является обработка накопленной информации по интродукции сортов и видов лилий в ботанических садах и научно-исследовательских институтах. Эта информация позволит выявить наиболее приспособленные виды и сорта лилий для введения их в озеленение конкретного региона. [2] Методика исследований Методика данной исследовательской работы включает теоретический этап исследования - изучение особенностей биологии и экологии объекта, и практический этап исследования − возделывание растений лилии кудреватой из семян (проращивание в лабораторных условиях), уход за растениями в открытом грунте (прополка, полив, подкормка удобрениями), фенологические наблюдения за объектом исследования в открытом грунте (на протяжении 3-х лет). В первый и второй годы наблюдений изучена периодизация стадий онтогенеза, на третий год изучена динамика основных показателей морфофизиологических параметров растений (фенофазы). В августе 2020 года произведен сбор семенного материала для дальнейших исследований (определение грунтовой всхожести семян, определение семенной продуктивности) и последующего возделывания. Большое практическое значение имеет оценка успешности интродукции исследуемых видов в новых условиях. В настоящее время существует множество «шкал оценки», которые построены на учете различных факторов (морозостойкости, способности к размножению и пр.). Так, Е. В. Вульфом была предложена схема оценки степени успешности интродукции на основании данных по плодоношению (в баллах). Данная схема применима как к древесным, так и к травянистым растениям. Однако факторы, обуславливающие ту или иную степень интродукции, могут быть не только экологического характера. Отсутствие плодоношения может быть вызвано, например, отсутствием необходимых опылителей. Метод фенологических спектров для оценки успешности интродукции травянистых растений предложил Н. А. Аврорин. Интродуцируемые растения при переносе в новые условия постепенно сдвигают начало цветения на более ранние или поздние сроки, что ведет к цветению в наиболее благоприятный период. Некоторые исследователи предлагают определять успешность интродукции одновременно по нескольким шкалам, ориентированным на оценку различных показателей, что позволяет учитывать разнообразие вариантов прохождении интродукционного процесса. Таким путем построена шкала А. Л. Коркешко. Рост и развитие интродуцируемых растений автор учитывает по сравнению с их ростом и развитием на родине, одновременно принимая во внимание характер плодоношения и степень морозоустойчивости. Метод комплексной оценки по пяти показателям, предложенный В. Н. Быловым и Р. А. Карписоновой позволяет схематично единообразно оценить поведение интродуцируемых видов разной систематической принадлежности и различных жизненных форм. [4] Методом Р.А. Карписоновой воспользовались и мы по завершении интродукции нашего объекта. Выбор данного метода обусловлен поставленными задачами и возможностями интродукционного исследования. Изучение особенностей биологии и экологии объекта исследования. Лилия кудреватая – многолетнее травянистое растение высотой до 1,5 м. Луковицы золотисто-желтые, яйцевидные, до 5 см в диаметре, не очень плотные, состоят из донца конической формы и спирально расположенных на нем сочных чешуй. Чешуи луковицы – черепитчатые, туникатные (плёнчатые), узколанцетной формы, заостренные на конце, цельные или с перетяжками, в количестве 25-30. Листья продолговатые, широколанцетные; срединные листья собраны в мутовки по 5-6 штук, далее по стеблю располагаются очерёдные листья. Стебель прямой, зелёный, с розово-пурпурными пятнами в нижней части. Листья темно-зеленые с семью – девятью жилками, 16 см длиной и 6 см шириной, к основанию суженные, с хрящеватыми зубчиками. У лилии кудреватой, как почти у всех видов лилий, различают два типа корней: луковичные – растущие от донца луковицы, и стеблевые – развивающиеся на подземной части стебля. Луковичные корни растут с весны до поздней осени, функционируют 1-1,5 года. Среди них есть сильно утолщенные, поперечно морщинистые втягивающие (контрактильные) корни. С помощью их луковица углубляется в почву. Стеблевые корни начинают расти поздно весной, и отмирают осенью вместе со стеблем.
Тычинок шесть, столбик один с трехлопастным рыльцем, завязь верхняя. Листочки околоцветника покрыты на наружной (нижней) поверхности паутинистыми волосками, закручиваются по направлению к цветоножке – недаром в народе лилию кудреватую называют «царские кудри». Плод – обратно-яйцевидная, шестигранная, трехгнёздная, синкарпная коробочка, усеченная сверху, с заостренными ребрышками, длиной 2-3 см и шириной 1.5-1.7 см. Семена треугольной формы с округлым верхом. [5] Тенелюбива. Цветет в июне – июле; семена созревают в августе. Хорошо размножается семенами. Вегетативно в естественных условиях практически не размножается. Опыляется преимущественно ночными бабочками бражниками, реже дневными бабочками. Приманкой для бражников служит усиливающийся к ночи аромат, а для дневных бабочек – яркий околоцветник. Лилия кудреватая – типичный мезофит. Произрастает в лесах, среди кустарников, на лугах, полянах. В Курской области встречается на территории 5 участков ЦЧЗ им. проф. В.В. Алёхина. Практическая часть исследования Исходный материал (семена) приобретен через интернет-магазин https://www.yesipova.ru . Первые наблюдения мы проводили за прорастанием семян лилии кудреватой в лабораторных условиях. Из литературных источников известно, что в лабораторных условиях семена лилии кудреватой прорастают на 9-10-ый день при температуре 200с. По типу прорастания семена лилии кудреватой относятся к подземно прорастающим. Для ускорения процесса семенам нужна предварительная трехмесячная стратификация при температуре 50с. Сначала из семян формируется подземная часть - луковицы, из которых далее вырастают надземные побеги. В онтогенезе нами выделены 3 периода (латентный, прегенеративный и генеративный) и 6 возрастных состояний: семена, проросток, ювенильное, имматурное, виргинильное и генеративное. В феврале 2018 года высеяли семена в чашки Петри на влажный бумажный фильтр 15 штук. Опыт проводили при комнатной температуре, в темноте. Прорастать начали самые крупные семена через 35 дней после начала опыта. За две недели проросли 10 крупных семян, а средние и мелкие не проросли вообще (всхожесть в лабораторных условиях без предварительной стратификации составила 67%). Известно, что зародыш семени лилии кудреватой недифференцированный, поэтому его называют предзародышем, или проэмбрио. По отношению к эндосперму зародыш занимает центральное положение, он линейный или слабо согнутый, сплюснутый, молочно-белого цвета, 5-6 мм длины, 0,5-0,6 мм ширины, 0,3 мм толщины. На рисунке 1 изображены разные стадии прорастания семян лилии кудреватой. Первое семя ещё не проросло (а). У второго семени (б) начинается прорастание. При прорастании в узкой части семени через микропиле вытягивается наружу нижняя часть проэмбрио (в, г), достигающая 20 мм за 2-3 недели и выносящая зачаточный корешок и почечку. Затем почечка увеличивается в размерах и образует 1-2 чешуйки. На 9 февраля самый крупный проросток имел длину почечки 7 мм и ширину 4 мм, длину зачаточного корешка 37 мм, длину одной чешуйки 6 мм.
У основания почечки появляется второй корешок. Проростки растут за счет питательной ткани – эндосперма. Появление первого (ювенильного) листа сигнализирует о переходе проростка в ювенильное состояние и об автономном питании растения. Для особей в имматурном состоянии характерно наличие розеточного побега с несколькими (2-3) листьями (конец первого года жизни). У виргинильных растений появляется удлиненный надземный побег (к концу второго года). И на третий год растения переходят в генеративное состояние (цветение и плодоношение). Первые 2 года растение образует только листья (фото 1), а цветоносные побеги на 3 год.  Фото 1. Проростки лилии кудреватой В среднем 4 месяца продолжается надземное развитие цветоносного стебля (март-июнь). Цветение начинается в третьей декаде июня и продолжается 10-12 дней. Лилия кудреватая – геофит. На зиму все надземные органы отмирают. Мы наблюдали за развитием завязей на 3 год жизни лилии кудреватой, а также изменением положения завязей в пространстве.  Фото 2. Растения лилии на 3 год жизни Цветок у лилии обращен вниз, к земле. Завязи цветка расположены приблизительно под углом 900 к поверхности земли. Но к моменту осыпания цветков некоторые завязи меняют свое положение в пространстве. Они поднимаются вертикально вверх. А другие остаются в прежнем положении.
Рис. 2. Расположение завязей лилии кудреватой в пространстве Мы предположили, что в поднявшихся завязях произошло оплодотворение и начали формироваться семена. Наши предположения подтвердились позже. У четырех растений из 37 цветков завязались только 23 плода. Каждый плод имеет от 100 до 140 семян.  Фото 3. Семена лилии кудреватой Мы изучили морфогенез побегов лилии кудреватой 3 года жизни. Таблица 1. Вегетационный цикл лилии кудреватой
Для оценки успешности интродукции лилии кудреватой нами была использована методика В.Н. Былова и Р. А. Карписоновой, согласно которой учитывался комплекс признаков, которые отражают особенности роста, развития и состояния растения при интродукции, имеющие наиболее существенное значение для практического применения. К таким признакам относятся: способность к семенному размножению; способность к вегетативному размножению; общее состояние растения и продуктивность его цветения; устойчивость растений к болезням и вредителям; состояние растений после перезимовки. Для оценки каждого из этих признаков применялась трехбалльная шкала, где 1 балл означает отсутствие изучаемого признака (например, способности к семенному размножению), баллы 2 и 3 соответствовали степени выраженности признака. Для комплексной оценки вида средние показатели по всем изученным признакам суммировались. В зависимости от полученной суммы баллов вид можно отнести к одному из трех типов по успешности интродукции и перспективности в культуре: малоперспективные (5-8 баллов), перспективные (9-12 баллов), очень перспективные (13-15 баллов). Семенное размножение необходимо для возобновления видов, сохранения биоразнообразия. По признаку «способность к семенному размножению» мы оценили в 3 балла – вид с обильным плодоношением. При оценке способности к вегетативному размножению учитывалась естественная продуктивность вида – 1 балл, т.к. для лилии кудреватой вегетативное размножение – очень редкое явление. Общее состояние растений и продуктивность их цветения являются важными признаками, отражающими приспособленность растения в условиях культуры и их декоративность. Наша оценка – 2 балла – растение со средними характеристиками. В нашем опыте 1 растение в среднем образовало 10-15 цветков, по литературным данным – от 12 до 23. По признаку «устойчивость к болезням и вредителям» учитывали поражаемость растений возбудителями болезней в конце вегетации и повреждаемость растений вредителями. Во время исследований не было обнаружено повреждений листьев и луковиц болезнями. Вероятно, семенное размножение обеспечивает защиту от вирусных заболеваний. Из вредителей отмечено поедание лепестков околоцветника бронзовкой мохнатой. Оценка 3 балла (к концу вегетации было повреждено не более 30% листочков околоцветника). Состояние растений после зимовки оценивали по условиям зимы, особенностям позднеосеннего и ранневесеннего периодов. Состояние «удовлетворительное» мы отметили в 2 балла (из 10 саженцев первого года к третьему году остались 4, а часть погибла из-за низких зимних температур). Таблица 2. Оценка перспективности интродукции Лилии кудреватой (в баллах)
Результаты исследований Результаты исследовательской работы показали, что в лабораторных условиях через 35 дней из 15 высеянных семян проросло 10 семян, что составило 67%, мелкие и средние семена не прорастают. Увеличение сроков прорастания семян по сравнению с литературными данными объясняется отсутствием предварительной стратификации при температуре 50с. Примерно через три месяца у проросшего семени лилии кудреватой длина почечки достигает 7 мм, ширина 4 мм, длина зачаточного корешка 37 мм, длина одной чешуйки 6 мм, появляется второй корешок. Первые 2 года растение образует только листья, а цветоносные побеги – на 3-й год жизни. Нами было выявлено, что у четырех растений из 37 цветков завязались только 23 плода, т.е. 62%. При этом каждый плод содержит от 100 до 140 семян. Исследованием установлено, что продолжительность вегетационного цикла лилии кудреватой составляет 107 дней. Методика оценки успешности интродукции лилии кудреватой показала, что исследуемый объект относится к видам с обильным плодоношением, способно к вегетативному размножению только в естественных условиях, продуктивность цветения средняя и составляет 10-15 цветков (на 35% ниже по сравнению с продуктивностью цветения в естественных условиях), устойчивость к болезням и вредителям выше при семенном размножении, отмечено удовлетворительное состояние растений после зимовки (осталось 40% саженцев первого года к третьему году жизни), что связано с низкими зимними температурами. Выводы По результатам проведенной работы мы сформулировали следующие выводы: изучение морфологических, биологических и экологических особенностей Лилии кудреватой показало, что интродукция Лилии кудреватой с целью ее дальнейшего сохранения в местной флоре возможна при условии создания благоприятных для ее произрастания условий в открытом грунте (преимущество семенного размножения перед вегетативным, предварительная трехмесячная стратификация семян при температуре 50с, затененные условия, посадка других цветущих в июне-июле растений с ярким околоплодником для привлечения дневных бабочек-опылителей, цветущих растений с ярким ароматом – для привлечения ночных бабочек-опылителей, укрыв на зиму растений); проведенная комплексная оценка перспективности вида по результатам интродукции показала её перспективность как декоративного растения для нашей местности; создан проект «Лилейника» из интродуцированных представителей семейства Лилейные для культивирования на школьном учебно-опытном участке [6] Заключение Интродукция выполняет важную роль в деле охраны редких и исчезающих видов растений. Полученные данные позволяют прогнозировать возможность дальнейшей интродукции лилии кудреватой. Многие редкие и охраняемые виды уже введены в культуру и успешно используются в цветоводстве. Наш опыт интродукции лилии кудреватой подтверждает её перспективность как декоративного растения для нашей местности. Полученные в ходе исследования результаты могут быть использованы при изучении отдельных тем биологии, проведении исследовательских работ. Популяция интродукта является источником для получения семян и посадочного материала для озеленения пришкольной территории. Разработан проект «Лилейника» с целью культивирования раннецветущих лилейных растений на пришкольном опытном участке и клумбах. (Приложение 1) Список использованной литературы Васильева О.Ю. Интродукция декоративных растений: Методические указания/ Новосиб. гос. аграр. ун-т. Агроном. ф-т; Новосибирск, 2015. – 16 с. Вронская О.О. Опыт интродукции лилий в разных регионах России и ближнего зарубежья // Современные проблемы науки и образования. - 2016. - №6 Золотухин Н.И., Золотухина И. Б. и др. Красная книга Курской области. Том 2. Редкие и исчезающие виды растений и грибов/ Отв. Ред. Н.И. Золотухин/ Тула, 2002. – 165 с. Карписонова Р.А. Травянистые виды флоры широколиственных лесов СССР и их интродукция в Москве: М., 1982. – 203 с. Немченко Э.П. Лилия кудреватая. // Биологическая флора Московской области. М.: Изд-во МГУ, 1993. - № 9, ч. 1. Химина Н.И. Лилейники. Серия: Ботанический сад. Изд-во «Кладезь», 2009. − 96 с. Приложение 1. Проект многолетней клумбы «Лилейник». Перечень растений для клумбы: Пролеска сибирская (Scilla siberica) Лилия кудреватая. Сорт Мартагон Лилит (Lílium mártagon) Гиацинт, сорт Вудсток (HyacínthusWoodstock) Крокус, сорт Дороти (Crócus Dorothy) Гиацинт. Сорт Мадам Софи (Hyacínthus madame sophie) Крокус, сорт Вангард (Crócus Vanguard) Мускари узколистный (Muscari angustifolia) Рябчик шахматный, сорт Юпитер (Fritillária meleágris Jupiter) Рябчик шахматный, сорт Сатурн (Fritillária meleágris Saturnus) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
