Лаборатория экологии древесных растений

Семкина Л.А.
Заведующая лабораторией - д.б.н. Семкина Лидия Александровна
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
+7 343 260-00-88
 

История лаборатории

С 1960 года начата закладка дендрологических коллекций растений под руководством С.А.Мамаева. Лаборатория выделена из состава Ботанического сада в 1988 году. Научные исследования и создание коллекций древесных растений являются продолжением научной школы чл.-корр. С.А.Мамаева.

Основные направления исследований

  1. Биологичеcкое разнообразие: проблемы интродукции, обогащение генофонда культурной флоры континентальных районов.
  2. Изучение биологии видов семейства Вересковых, Ивовых, Маслинных, Гортензиевых и Розоцветных и особенности их адаптации к местным условиям.
  3. Разработка новых методов  выращивания труднокультивируемых интродуцентов.
  4. Использование метода аналитической селекции при создании интродукционных популяций наиболее декоративных и недостаточно устойчивых видов.
  5. Изучение механизма устойчивости растений на основе первичных процессов фотосинтетического аппарата методом флуоресценции.
  6. Изучение полиморфизма можжевельника обыкновенного, закономерности распространения и внутривидовая дифференциация.
  7. Создание пакета программ для обработки биологических наблюдений и экспериментов, в частности, решение задач кластеризации и аппроксимации при обработке многомерных данных (математик Монтиле А.А.).

Коллекции древесных растений

Находятся в закрытой части Ботанического сада на площади 10 га, где растения расположены по систематическому принципу (по семействам). Рядом находится заповедный сосновый лес. Всего в коллекции более 1100 таксонов (видов, форм и сортов). Общее количество семейств – 39.

Голосеменные представлены 4 семействами. Самое крупное из них – семейство Кипарисовых Cupressaceae (представлено 15 видами и 88 сортами).

Покрытосеменные представлены 35 семействами. Наиболее крупные семейства:

  1. Ивовые  Salicaceae – 252 таксона.
  2. Розоцветные  Rosaceae  – 193 таксона.
  3. Жимолостные  Caprifoliaceae – 75 таксонов.
  4. Барбарисовые  Berberidaceae – 47 таксонов.
  5. Вересковые  Ericaceae – 39 таксонов, в котором преобладают виды рододендронов.
  6. Маслинные  Oleaceae – 33 таксона.
  7. Гортензиевые  Hydrangeaceae – 31 таксон.

Другие семейства представлены меньшим количеством видов, но содержат много ценных видов и форм. Особое место занимает участок новых плодовых, ягодных и декоративных культур, он насчитывает 350 таксонов. Часть коллекционных растений находится на открытой для посетителей территории в специально созданных экспозициях. Для поддержания и пополнения коллекций имеется интродукционный питомник с двумя теплицами, в котором выращиваются растения вегетативным и семенным путем (2 га).

Список коллекций древесных растений лаборатории экологии древесных растений ФГБУН Ботанического сада УрО РАН.

Список видов Salix L. коллекции ФГБУН Ботанического сада УрО РАН (2014 г.)

Важнейшие достижения лаборатории

  1. Коллекция семейства Ивовых является коллекцией мирового уровня, содержащей около 1000 образцов. Основу ее заложил к. с.-х. н. В.И. Шабуров, привлекая виды из природы и культуры. Проводя межвидовую и отдаленную внутривидовую гибридизацию, он получил ценные культивары ив (плакучие, извилистые, пирамидальные и др.), известные не только в России, но и за рубежом.
  2. Пополнила коллекцию и переопределила некоторые виды ив к. б. н. И.В. Беляева. Методом морфогенетического анализа она сумела установить таксономические ранги в секции Аrbuscella. Выявлен и описан новый вид для Урала Salix uralicola Beljaeva. Составлен определитель ив Урала и издан атлас «Ивы Урала» на русском и английском языках.
  3. В результате проведенных экспедиций в Хибины, на Северный, Средний и Южный Урал, на Алтай создана коллекция аркто-монтанных ив, включая сорта и гибриды европейской селекции, насчитывающая более 50 видов и около 150 образцов. Эта коллекция является крупнейшей в Евразии. Издана монография «Аркто-монтанные ивы в культуре на Среднем Урале». Впервые установлены сроки вегетативного размножения аркто-монтанных ив, без чего невозможно было их эффективное культивирование.
  4. Самая большая в азиатской части России коллекция видов рода Rhododendron L.(34 вида, 78 образцов), где представлены виды европейской, североамериканской, сибирской и восточноазиатской флор, тоже может считаться достижением лаборатории. Создатель и куратор коллекции —  к. б. н. Е.Г. Бакланова. Массовое выращивание растений из семян дало возможность отбора наиболее зимостойких и декоративных особей, проверки их по потомству, создания интродукционных популяций. Возраст растений І поколения от – 37 до 10-13 лет, у большинства – 25-28 лет. Цветёт 31 вид и многочисленные гибридные формы, но плодоносят 24 вида. После суровых зим у большинства видов и форм это наблюдается только на перезимовавших под снегом ветвях.
    Впервые в условиях Среднего Урала изучены феноритмика, полиморфизм и особенности адаптации рододендронов, которые выразились в появлении стелющихся форм, изменений в генеративной сфере и др. Установлено, что у менее зимостойких видов адаптация происходит за счет адвентивных побегов при полном или частичном обмерзании надземной части. 
  5. При исследовании ценопопуляций, доминантами которых являются редкие виды –– солнцецвет монетолистный (реликтовый) и эндемичный – солнцецвет башкирский, получены данные о возрастных состояниях и семенной продуктивности. Популяции двух видов дискретны, совместно невстречающиеся, несмотря на эдафическую, петрофильную близость, они фенологически изолированы по срокам цветения и плодоношения. Солнцецвет башкирский отличается более длительным сроком жизни, медленным приростом с более низкой семенной продуктивностью по сравнению с монетолистным. Результаты исследований опубликованы в статьях.
  6. В лесных экосистемах определены урожайность, среднее количество шишкоягод на одном гектаре, плотность ценопопуляций можжевельника обыкновенного Juniperus communis L. Анализ численности особей различного возрастного состояния позволил определить индекс возрастности ценопопуляций.
  7. В природных северных популяциях лиственницы сибирской установлена статистическая закономерность распределения красношишечных (58%) и зеленошишечных (42%) форм из 500 обследованных деревьев.
  8. В природных популяциях сосны обыкновенной выявлена дифференциация особей, различающихся по качественным характеристикам изоферментов (гетерогенные особи, отличающиеся по трем - шести изоферментам составляют 36 %).
  9. Для характеристики устойчивости интродуцентов использован метод флуоресцентных характеристик листьев и феллодермы коры. Показано, что первичные процессы фотосинтетического преобразования световой энергии имеют определенную видоспецифичность и закономерно изменяются в течение года и в онтогенезе. Адаптационные приспособления интродуцируемых растений с различной зимостойкостью включают трансформации структурно-функциональной организации хлоропластов, заключающиеся в различном соотношении активностей фотосистем І и II.
  10. Выявлена морфофизиологическая оценка состояния интродуцируемых растений при применении флуоресцентного метода при изучении механизмов эндогенной регуляции процессов энергообмена и их взаимосвязи с процессами роста и дифференциации тканей, а также для характеристики антропогенного воздействия на растения. Получены данные об устойчивом сохранении сезонных особенностей функционирования фотосинтетического аппарата растений вне зависимости от аномальных краткосрочных флуктуаций температурного режима.
  11. Вступили в стадию плодоношения новые для Среднего Урала виды.
  12. Защищена кандидатская диссертация Овсянниковым Алексеем Юрьевичем 15 мая 2015 г. на заседании диссертационного совета Ботанического института им. В.Л.Комарова РАН (С.-Петербург) на тему: «Сезонная структурно-функциональная трансформация фотосинтетического аппарата хвои Picea pungens Engl. и P. obovata Ledeb. на территории Ботанического сада УрО РАН (г.Екатеринбург)». 
  13. В диссертационной работе Овсянникова А. Ю. показана возможность применения метода регистрации параметров флуоресценции хлорофилла как способа описания сезонной адаптации первичных процессов фотосинтеза вечнозелёных растений в условиях интродукции. Впервые получена сравнительная характеристика сроков сезонной трансформации ФСА относительно изменений в годичном цикле количественного состава пигментного фонда, водного режима хвои и побегов и периодов прохождения фенологических фаз развития у интродуцированного P. pungens и аборигенного вида P. obovata на Среднем Урале. Получены новые сведения о сопряжении сезонных изменений внутриклеточной локализации хлоропластов мезофилла хвои и активности ФСА. При интродукции на Среднем Урале P. pungens характеризуется более ранним началом и продолжительным периодом активности ППФ с меньшей глубиной зимнего покоя относительно местного вида P. obovata, что может свидетельствовать о различных сезонных акклиматизационных стратегиях. Общее направление осенне-зимнего перемещения пластид и ядра направлено на образование плотной локальной структуры в центре клетки. В зимний и ранневесенний период эти структурные изменения в клетках мезофилла хвои сопряжены с минимальной активностью ФСА. На основании изучения сезонных изменений состояния пигментного комплекса, водного режима растения, внутриклеточной структуры мезофилла хвои, параметров флуоресценции хлорофилла и прохождения фаз фенологического развития выявлены эколого-физиологические и биохимические адаптации ФСА растений рода Picea в течение года. 

Прикладные исследования

  1. Привлечение видов древесных растений из природы.
    В середине 1980-х годов два вида - клен остролистный и дуб черешчатый - были привлечены в Ботанический сад с северо-восточной границы их ареала, из островных местообитаний. Семена клёна в большом количестве были собраны Е.Г. Баклановой в Предуралье и использованы в аналитической селекции, благодаря чему отобраны зимостойкие формы, испытанные по потомству. Из них создана большая интродукционная популяция. Дуб из окрестностей Красноуфимска пока не вступил в генеративную фазу.
    В конце 1980-х годов Л.А. Семкина и О.Б. Макарова из экспедиции на Дальний Восток привезли семена различных видов клена. Обильно плодоносящую плантацию им удалось создать из клена зеленокорого, с которым теперь ведется селекция.
    В последнее десятилетие А.П. Кожевников и Е.А. Тишкина при изучении ценопопуляций можжевельника обыкновенного Juniperus communis L. в Свердловской области, выделили 10 декоративных форм и размножили их в Ботаническом саду.
  2. Обследование культурной дендрофлоры Урала.
    С 1990-х годов сотрудниками лаборатории периодически проводились выборочные обследования городских насаждений Екатеринбурга и соседних областных центров.
    В 2000 г. А.П. Кожевниковым в Екатеринбурге найдена и размножена пирамидальная форма лиственницы сибирской.
    В 2010 г. в Перми нами обнаружена форма клена остролистного с багряной осенней окраской листьев - ф. Рейтенбаха, которой на Среднем Урале больше нигде нет.
    В Тюмени, по нашим данным, наибольшую ценность представляют массовые посадки вяза приземистого Ulmus pumila, сделанные в 1960-е годы, в которых выявлены устойчивые к выбросам автотранспорта и голландской болезни формы.
  3. Научно - консультационная помощь.
    В течение 10 лет (2000-2009 гг.) лаборатория оказывала научно-методическую и практическую помощь новому ботаническому учреждению – Муниципальному дендрарию г.Соликамска Пермской области. При совместном проведении аналитической селекции (массовом посеве наших семян с целью последующего отбора зимостойких особей) положено начало ступенчатой акклиматизации таких видов, как бархат амурский, орех маньчжурский, форзиция яйцевидная, жимолость Маака, принсепия китайская и др. У ореха маньчжурского отобраны полностью зимостойкие особи, которые уже вступили в генеративную фазу.
    В 2001 году лаборатория приняла активное участие в разработке «Основных направлений развития зеленого хозяйства Екатеринбурга на период до 2015 года», предложив не только меры по его оптимизации, но и обновленный ассортимент для питомников.
    Проведена научно-методическая работа по созданию дендрологических коллекций во вновь создаваемых ботанических садах Челябинского государственного университета и Курганского педагогического университета.
    Для г.Сухой Лог сделан проект реконструкции зеленых насаждений с разработкой ассортимента.
  4. Успехи в селекции интродуцентов.
    У крупнолистных вечнозеленых рододендронов выделены зимостойкие формы, а среди их спонтанных гибридов – кандидаты в сорта.
    При семенном размножении аркто-монтанных ив м. н. с. О.В. Епанчинцевой получены более устойчивые и декоративные гибриды в сравнении с исходными видами.
    У вейгелы Миддендорфа С.В. Яковлевой среди полусибсов выявлена многоцветковая форма с 18 цветками в соцветии.
    А.П. Кожевниковым получена крупноплодная форма черемухи виргинской – кандидат в сорта.
  5. Внедрение результатов интродукционной деятельности в озеленение Урала и Западной Сибири.
    На протяжении последних десятилетий лаборатория является центром внедрения устойчивых ценных видов древесных растений на территории Свердловской, Челябинской, Тюменской и Пермской областей. Первоначально работа проводилась по хоздоговорам с крупными предприятиями – «Уралэлектромедь» (г.Кыштым), радиозавод (г.Качканар) и др.
    Позднее работа по внедрению новых видов проводилась со Свердловским и Пермским горзеленстроями, Тюменским НПО «Астра», здравницами Свердловской области (санатории «Липовка», «Обуховский», «Озеро Чусовское», пансионат «Селен»), храмами и монастырями Свердловской области, музейным комплексом в г.Невьянске.

Задачи и перспективы развития научных исследований лаборатории

  1. Сохранение, реконструкция и пополнение коллекций, являющихся основой для теоретических и экспериментальных работ.
  2. Изучение биологии и особенностей адаптации к местным условиям новых, проходящих первичное интродукционное испытание, видов и форм.
  3. Микроклональное размножение ценных селекционных форм рододендронов.
  4. Молекулярно-генетический анализ ценных гибридов и культиваров.
  5. Выявление адаптационных особенностей вечнозеленых видов растений методами флуориметрии и другими физиолого-биохимическими методами.
  6. Изучение особенностей старения интродуцированных растений классическими методами анатомии и с помощью современного томографа.

Публикации лаборатории экологии древесных растений