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
 

Публикации лаборатории экологии древесных растений

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

Коллекции древесных растений находятся в закрытой части Ботанического сада на площади 12 га и создаются по систематическому принципу (по семействам). Всего в коллекции более 1200 таксонов. Общее количество семейств — 35.

Зарегистрировано 8 коллекций древесных растений открытого грунта:

  • Древесно-кустарниковые растения (ДКР) – 62 рода 280 видов и 90 форм и сортов – (370 таксонов). 
  • Коллекция семейства Кипарисовых (КПР) – 5 родов, 16 видов, 94 сорта – (110 таксонов). 
  • Коллекция семейства Сосновых (ССН) – 6 родов, 44 вида, 30 форм и сортов – (74 таксона). 
  • Коллекция семейства Розоцветных (РЗЦ) – 24 рода, 197 видов, 75 форм и сортов – (272 таксона). 
  • Коллекция Рододендронов (РДД) – 4 рода, 36 видов, 8 гибридов, форм и сортов – (44 таксона). 
  • Коллекция аркто-монтанных ив (АМИ) – 32 вида, 10 форм и сортов – (42 таксона). 
  • Коллекция древесно-кустарниковых ив (ДКИ) – 97 видов, 69 гибридов, форм и сортов – (166 таксонов). 
  • Коллекция новых плодовых и декоративных культур (ПДК) – 31 вид, 134 сорта – (165 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

Подведен итог комплексной оценки 42 видов аркто-монтанных ив, имеющихся в коллекции, наблюдения за которыми проводились в течение 10-15 лет. 18 видов оказались перспективными, 14 видов – менее перспективны и малоперспективные – 9 видов, которые менее устойчивы к вредителям или болезням, многие из них цветут, но не завязывают семян.

Изучены внутривидовая дифференциация, закономерности распространения можжевельника обыкновенного, дуба черешчатого и вяза гладкого в лесных насаждениях Среднего Урала. Установлен ареал можжевельника обыкновенного на Южном и Среднем Урале. Содержание фотосинтетических пигментов в хвое можжевельника обыкновенного является хорошим диагностическим показателем состояния растений и зависит от антропогенных воздействий условий местообитания (горные или равнинные ценопопуляции), а также погодных условий.

Для характеристики особенностей роста и развития деревьев, на примере сосны обыкновенной, разработана шкала, позволяющая описать кривизну ствола, многоствольность, многовершинность, сучковатость и охвоение. Изучено явление вращения поверхности ствола дерева вокруг вертикальной оси, которое имеет массовый характер (более половины деревьев в древостое) и угол поворота у сосны и ели составляет 0,3-15 градуса за год. Механизм вращения связан с тангенциально направленными механическими напряжениями в тканях, возникающими за счет асимметрии зон периклинального и антиклинального делений клеток камбия в процессе радиального роста ствола. Установлено, что направление вращения деревьев на противоположное на следующий год составляет около 50%, а 8-19% его сохраняют.

С помощью зарегистрированного пакета программ установлен адаптационный морфогенетический потенциал древесных растений; феномен «криволесья» связан с отклонениями в росте за счет камбиального комплекса.

Проведена типификация названий ив и тополей, описанных из Гималаев и прилегающих районов на основании глубокого анализа литературы по мировой саликофлоре и изучения первоначального материала, использованного авторами для описания новых таксонов (иллюстраций и гербарных материалов). Уточнена номенклатура изученных таксонов, их систематическое положение и синонимия, опубликованы новые таксоны. В Ботаническом саду испытано два гималайских вида – Salix calyculata и S. fruticolosa. В течение 3-х лет растения подмерзали, иногда цвели, но не плодоносили, интересны как коллекционные экземпляры аркто-монтанных видов ив.

В результате изучения сезонной динамики методом РАМ – флуориметрии по уровню активности ФС II Rhododendron smirnowii R. catawbiense и R jakusimanum получены различия между видами по параметру максимальной фотохимической активности Fv/Fm. Наиболее устойчивым видом является R. catawbiense.

На основе интродукционных популяций рода Rhododendron получены новые данные о широкой норме реакции Rhododendron dauricum, R. ledebourii и их гибридов на резкие изменения погоды весной. Данные виды представляют интерес при интродукции в регионах с частыми зимними оттепелями. К зимостойким вечнозеленым крупнолистным видам можно отнести R. smirnowii и R. catawbiense, которые стабильны в цветении и плодоношении.

Результаты электронно-микроскопических исследований фиксированного материала, собранного в различных климатических регионах (Свердловской и Ленинградской областях) показали наличие сходных изменений ультраструктуры клеток мезофилла хвои Picea pungens и P. obovata в сезонной динамике. На основе микроскопических исследований установлено, что в осенний период у интродуцированной в Уральском регионе Picea pungens внутриклеточные изменения при переходе к зимнему покою не реализуются в полной мере, что приводит к недостаточной глубине структурно-физиологических перестроек.

Проведена инвентаризация коллекций древесно-кустарниковых растений семейства Розоцветных, Кипарисовых и Сосновых и обновлены схемы посадок.

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.