ОСОБЛИВОСТІ РЕПРОДУКТИВНОГО РОЗВИТКУ РІДКІСНИХ ВИДІВ РОДУ MALUS MILL. В УМОВАХ НАЦІОНАЛЬНОГО ДЕНДРОЛОГІЧНОГО ПАРКУ "СОФІЇВКА" НАН УКРАЇНИ
DOI:
https://doi.org/10.53904/1682-2374/2023-25/16Ключові слова:
Яблуня, Червоний список МСОП, збереження ex situ, цвітіння, плодоношення, насінна продуктивність, життєздатність пилкових зеренАнотація
Одним із ефективних заходів зі збереження фіторізноманіття та пріоритетних напрямків діяльності ботанічних садів і дендрологічних парків у сфері охорони рослин є дослідження рідкісних і зникаючих видів в умовах ex situ. У складі колекції Національного дендрологічного парку "Софіївка" НАН України (НДП "Софіївка") культивуються та досліджуються понад 25 видів Malus (більшість з яких інтродуковані), а також низка сортів, форм та гібридів яблуні, з-поміж яких є занесені до Червоного списку МСОП види категорій "зникаючий" – M. niedzwetzkyana Dieck, та "майже під загрозою" – M. trilobata (Labill. ex Poir.) C.K.Schneid. З метою виявлення чинників, що можуть впливати на репродуктивний успіх рослин згаданих видів, що за критеріями МСОП характеризуються тенденцією зміни чисельності своїх популяцій, виконано порівняльний аналіз фертильності та життєздатності пилкових зерен, а також потенційної та реальної насінної продуктивності. Для оцінювання репродуктивних характеристик досліджуваних видів за контрольний варіант було використано рослини M. baccata (L.) Borkh., виду, що був визначений у категорії "найменша осторога" та у групі "стабільна" за тенденцією зміни чисельності популяції. Обговорюються еколого-біологічні особливості рослин та антропогенні аспекти, що можуть призводити до зменшення чисельності популяцій рідкісних та зникаючих видів у природних ареалах. Зважаючи на те, що для репродуктивного успіху усіх квіткових рослин, і представників роду Malus зокрема, котрі у природних умовах розмножуються переважно насінням, необхідною умовою для успішного насіннєвого розмноження є процес перехресного запилення, що завдяки рекомбінаціям забезпечує необхідний для формування адаптивного потенціалу потік генів між окремими особинами рослинних популяцій, нами були досліджені якісні характеристики пилкових зерен та показники насінної продуктивності рослин M. niedzwetzkyana й M. trilobata у порівнянні з показниками M. baccata. Зʹясовано, що фертильність пилку рослин M. niedzwetzkyana, M. trilobata та M. baccata була в межах від 79,8 до 92,4%, натомість життєздатність пилкових зерен M. niedzwetzkyana та M. trilobata – лише 5,0 та 7,3%, відповідно, що значно нижче показника життєздатності пилку рослин M. baccata (62,9%). Щодо кількості насінних зачатків на один плід міжвидові відмінності були несуттєвими, натомість за кількістю виповненого насіння в одному плоді показник M. baccata був 5,7±2,0, що понад удвічі більше ніж у M. niedzwetzkyana (2,6±1,1) і майже у 600 разів більше ніж у M. trilobata. Отримані результати дають підстави вважати, що рослини M. niedzwetzkyana адаптувалися до умов НДП "Софіївка" значно краще, ніж M. trilobata, що може пояснюватися філогенетичною близькістю M. niedzwetzkyana до широко культивованого виду M. domestica (Suckow) Borkh.
Посилання
Кобів Ю. Й. Типи та причини раритетності на прикладі видів рослин Українських Карпат. Український ботанічний журнал. 2010. Т. 67, № 6. С. 832–844.
Конопелько А. В. Самоплідність та самофертильність декоративної яблуні (Malus Mill.). Селекційно-генетична наука і освіта (Парієві читання): матеріали Х міжнародної наукової конференції (м. Умань, 19 березня 2021 р.). Умань : УНУС, 2021а. С. 103–107.
Конопелько А. В. Морфологічна характеристика плодів та насіння представників роду Malus Mill. Journal of Native and Alien Plant Studies. Т. 1: матеріали міжнародної наукової конференції, присвяченої 225-річчю заснування Національного дендрологічного парку "Софіївка" НАН України (28–30 вересня 2021 р.). Охорона біорізноманіття та історико-культурної спадщини у ботанічних садах та дендропарках. 2021б. С. 148–155. https://doi.org/10.37555/2707-3114.1.2021.247567 Конопелько А. В. Збереження та охорона біорізноманіття роду Malus Mill. Етноботанічні традиції в агрономії, фармації та садовому дизайні: матеріали VI Міжнародної наукової конференції, присвяченої Року Незламності України (м. Умань, 5–8 липня 2023 року). Умань, 2023. С. 146–155.
Кохно М. А. Каталог дендрофлори України. Київ : Фітосоціоцентр, 2001. 72 с. Медведєв В. А., Ільєнко О. О. Дендросозофіти відділу Magnoliophyta у Державному дендрологічному парку "Тростянець" НАН України. Інтродукція рослин. 2015. Т. 68. С. 77–88. https://doi.org/10.5281/zenodo.2527205 Меженський В. М., Меженська Л. О. Червоноквіткова яблуня в колекції Національного університету біоресурсів і природокористування України. Ukrainian Journal of Forest and Wood Science. 2021. Т. 12, № 4. C. 72–82. https://doi.org/10.31548/forest2021.04.007
Опалко А. І., Конопелько А. В., Опалко О. А. Мобілізація генетичних ресурсів Malus spp. для селекційно-генетичного вдосконалення декоративних сортів яблуні. Фактори експериментальної еволюції організмів. 2016. Т. 18. С. 127–131.
Опалко А. І., Опалко О. А. Біотичне різноманіття як основа життєздатності рослинних популяцій. Journal of Native and Alien Plant Studies. 2019. Т. 15. С. 77–98.
Опалко О. А. Декоративна цінність представників роду Malus Mill. і її сезонна динаміка. Автохтонні та інтродуковані рослини України. 2006. Т. 2. С. 47–51.
Федорончук М. М. Чекліст Флори України. 4: Родина Rosaceae (Rosales, Angiosperms). Чорноморський ботанічний журнал. 2022. Т. 18, № 4. С. 305–349. https://doi.org/10.32999/ksu1990-553X/2022-18-4-1
Фізіологія рослин: практикум / О. В. Войцехівська та ін. За заг. ред. Т. В. Паршикової. Луцьк : Терен, 2010. 420 с. Alonso C., Vamosi J. C., Knight T. M., Steets J. A., & AshmanT. L. Is reproduction of endemic plant species particularly pollen limited in biodiversity hotspots. Oikos. 2010. Vol. 119, Is. 7. Р. 1192–1200. https://doi.org/10.1111/j.1600-0706.2009.18026.x Aguilar R., Quesada M., Ashworth L., Herrerias‐Diego Y., Lobo J. Genetic consequences of habitat fragmentation in plant populations: susceptible signals in plant traits and methodological approaches. Molecular ecology. 2008. Vol. 17, Is. 24. Р. 5177–5188. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2008.03971.x Boyd J. N., Anderson J. T., Brzyski J., Baskauf C., Cruse‐Sanders J. Eco-evolutionary causes and consequences of rarity in plants: a meta‐analysis. New Phytologist. 2022. Vol. 235, Is. 3. P. 1272–1286. https://doi.org/10.1111/nph.18172
Bramel P. J., Volk G. M. A global strategy for the conservation and use of apple genetic resources. Global Crop Diversity Trust. Germany, 2019. 50 p. Dafni A., Firmage D. Pollen viability and longevity: practical, ecological and evolutionary implications. Pollen and pollination. 2000. Vol. 222, Is. 1/4. P. 113–132.
European Red List of Trees / M. С. Rivers et al. Cambridge, UK and Brussels, Belgium: IUCN, 2019. 60 p. https://doi.org/10.2305/IUCN.CH.2019. ERL.1.en Evans, M. E., Menges, E. S., & Gordon, D. R. Reproductive biology of three sympatric endangered plants endemic to Florida scrub. Biological Conservation. 2003. Vol. 111, Is. 2. P. 235–246. Govaerts, R., Nic Lughadha, E., Black, N., Turner, R. & Paton, A. The World Checklist of Vascular Plants, a continuously updated resource for exploring global plant diversity. Scientific Data. 2021. Vol. 8, Is. 1. 215. https://doi.org/10.1038/s41597-021-00997-6 Höfer M., Meister A. Genome Size Variation in Malus Species. Journal of Botany. 2010. Vol. 2010. P. 1–8, 480873. https://doi.org/10.1155/2010/480873 Ibanez T., Ainsworth A., Gross J., Price J. P., Webb E. L., & Hart P. J. Rarity patterns of woody plant species are associated with life form and diversification rates in Pacific islands forests. American Journal of Botany. 2021. Vol. 108, Is. 6. Р. 946–957. https://doi.org/10.1002/ajb2.1687 International Treaty on Plant Genetic Resources for Food and Agriculture: adopted by the Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, Italy, 2009. 68 p.
IUCN Red List of Threatened Species. Version 2020–3. URL: https://www.iucnredlist.org (дата звернення 10.09.2023). Kempel A., Vincent H., Prati D., Fischer M. Context dependency of biotic interactions and its relation to plant rarity. Diversity and Distributions. 2020. Vol. 26, Is. 6. Р. 758–768. https://doi.org/10.1111/ ddi.13050
Kolchenko M., Nurtaza A., Pozharskiy A., Dyussembekova D., Kapytina A., Nizamdinova G., & Gritsenko D. Wild Malus niedzwetzkyana Dieck ex Koehne as a genetic resource for fire blight resistance. Horticulturae. 2023. Vol. 9, Is. 10. 1066. https://doi.org/10.3390/horticulturae9101066
Lopez-Gallego C., Morales-Morales P. A. The Red List for the endemic trees of Colombia: Effective conservation targeted for plants required in biodiversity hotspots. Plants, People, Planet. 2023. Vol. 5, Is. 4. P. 617–627. https://doi.org/10.1002/ppp3.10360 Li J. C., Liu J. Q., Gao X. F. A revision of the genus Malus Mill. (Rosaceae). European Journal of Taxonomy. 2022. Vol. 853. Р. 1–127. https://doi.org/10.5852/ejt.2022.853.2019 Mosyakin S. L., Fedoronchuk N. M. Vascular plants of Ukraine: A nomenclatural checklist. Kiev : National Academy of Sciences of Ukraine M.G. Kholodny Institute of Botany, 1999. 345 p. https://doi.org/10.13140/2.1.2985.0409 Murray B. R., Thrall P. H., Gill A. M., Nicotra A. B. How plant life-history and ecological traits relate to species rarity and commonness at varying spatial scales. Austral ecology. 2002. Vol. 27, Is. 3. Р. 291–310. Nurtaza, A., Karimova, V., Magzumova, G., Muranets, A., & Kakimzhanova, A. Effect of pH, light intensity, and fertilizers on acclimatization of endangered rooted plantlets Malus niedzwetzkyana for restoration in nature. Journal of Plant Nutrition. 2023. Vol. 46, Is. 12. P. 2850–2864. https://doi.org/10.3390/genes12010104 Nurtaza A., Magzumova G., Yessimseitova A., Karimova V., Shevtsov A., Silayev D., ... & Kakim-zhanova A. Micropropagation of the endangered species Malus niedzwetzkyana for conservation biodiversity in Kazakhstan. In Vitro Cellular & Developmental Biology. Plant. 2021. Vol. 57. P. 965–976. https://doi.org/10.1007/s11627-021-10174-4 Oostermeijer J. G. B., Luijten S. H., Petanido T., Kos M., Ellis-Adam A. C., Den Nijs J. C. M. Pollination in rare plants: is population size important. Det Norske Videnskaps-akademi. I. Matematisk Natur-videnskapelige Klasse, Skrifter, Ny Serie. 2000. Vol. 39. Р. 201–213. Qureshi S. J., Khan M. A., Arshad M., Rashid A., & Ahmad M. Pollen fertility (viability) status in Asteraceae species of Pakistan. Trakia Journal of Sciences. 2009. Vol. 7, Is. 1. Р. 12–16.
Rehder, А. Manual of Cultivated Trees and Shrubs. The Macmillan Company, New York, 1949. 996 p. Shivanna K. R. Biotic pollination: how plants achieve conflicting demands of attraction and restriction of potential pollinators. In Reproductive Biology of Plants. 2014. P. 218–267.
Tashev A., Petkova K. Fruit and seed morphological peculiarities of the critically threatened Eriolobus trilobatus (Rosaceae). Plant, fungal and habitat diversity investigation and conservation: Proceedings of IV Balkan Botanical Congress, Sofia, 20–26 June 2006. Sofia, 2009. Р 55–58. Tian Z., Song H., Wang Y., Li J., Maimaiti M., Liu Z., ... & Zhang J. Wild apples are not that wild: Conservation status and potential threats of Malus sieversii in the mountains of Central Asia biodiversity hotspot. Diversity. 2022. Vol. 14, Is. 6. 489. https://doi.org/10.3390/d14060489 Vincent, H., Bornand, C. N., Kempel, A., & Fischer, M. Rare species perform worse than widespread species under changed climate. Biological conservation. 2020. Vol. 246. 108586. https://doi.org/10.1016/j.biocon.2020.108586 Volis S. Conservation-oriented restoration and its application to Central Asia. Plant Diversity of Central Asia. 2022. Vol. 1. Р. 1–19.
Volk G. M., Chao C. T., Norelli J., Brown S. K., Fazio G., Peace C., … & Bretting P. The vulnerability of US apple (Malus) genetic resources. Genetic Resources and Crop Evolution. 2015. Vol. 62, Is. 5. Р. 765–794. https://doi.org/10.1007/s10722-014-0194-2 Wamelink G. W., Goedhart P. W., & Frissel J. Y. Why some plant species are rare. PLoS One. 2014. Vol. 9, Is. 7. e102674. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0111293 Wilson B., Mills M., Kulikov M., Clubbe C. The future of walnut-fruit forests in Kyrgyzstan and the status of the iconic Endangered apple Malus niedzwetzkyana. Oryx. 2019. Vol. 53, Is. 3. Р. 415–423. https://doi.org/10.1017/S0030605318001230
Wilson, B. S., Jensen, W. E., Houseman, G. R., Jameson, M. L., Reichenborn, M. M., Watson, D. F., … & Kjaer, E. L. Cattle grazing in CRP grasslands during the nesting season: effects on avian abundance and diversity. The Journal of Wildlife Management. 2022. Vol. 86, Is. 2. e22188. https://doi.org/10.1002/jwmg.22188 Yan J. M., Li Y. G., Maisupova B., Zhou X. B., Zhang J., Liu H. L., … & Zhang Y. M. Effects of growth decline on twig functional traits of wild apple trees in two long-term monitoring plots in Yili Valley: Implication for their conservation. Global Ecology and Conservation. 2022. Vol. 33. e01998. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2021.e01998 Zahreddine H. G., Barker D. J., Quigley M. F., Sleem K., & Struve D. K. Patterns of woody plant species diversity in Lebanon as affected by climatic and soil properties. Lebanese science journal. 2007. Vol. 8, Is. 2. Р. 21–44. Zhang W., Fan J., Xie Y., Peng Y., Zhou T., & Zhao M. An Illustrated Electron Microscopic Study of Crabapple Pollen. Springer Singapore, 2019. 182 р.
