Спросить
Войти
УДК 582.675.1-115.8
Е.А. Мовергоз1 E.A. Movergoz
А.А. Синюшин2 A.A. Sinjushin
А.Я. Зайцева3 A.Ya. Zaytseva
А.Г. Лапиров1 A.G. Lapirov
О ГИБРИДНОЙ ПРИРОДЕ RANUNCULUS *GLUECKII A. FELIX EX C.D.K. COOK
(RANUNCULACEAE)
ON THE HYBRID NATURE OF RANUNCULUS *GLUECKII A. FELIX EX C.D.K. COOK
(RANUNCULACEAE)
Аннотация. В работе представлены доказательства гибридной природы Ranunculus^glueckii на базе морфологии вегетативной и генеративной сферы, модульной организации, пыльцевого анализа, рассмотрения характера местообитания и ритма сезонного развития, а также данных молекулярной биологии.
Summary. Morphological (structure of vegetative and generative organs, modular organization, pollen characters), bio-ecological (character of habitats and rhythm of seasonal growth) and molecular evidences of the hybrid nature of R.xglueckii are presented.
Проблема естественной гибридизации в животном и растительном царствах всегда привлекала внимание человека. Встречающиеся в природе межвидовые гибриды обнаружены во многих крупных группах растений и во всех хорошо изученных флорах (Грант, 1984; Les, Philbrick, 1993; Ellstrand et al., 1996). Не являются исключением и цветковые растения водоемов и водотоков, информация по естественной гибридизации которых имеется для 63% родов однодольных и 37% родов двудольных (Les, Philbrick, 1993). Данный этими авторами анализ гибридной составляющей водных представителей рода Ranunculus L. основан преимущественно на исследованиях C.D.K. Cook (1966, 1970). Среди многочисленных гибридов этого рода в Великобритании, отмеченных этим автором, присутствует и R.*glueckii A. Felix ex C.D.K. Cook, являющийся объектом нашего изучения. Для него C.D.K. Cook применил термин «предполагаемый (putative) гибрид», который мы используем в этой работе (далее по тексту для него используется термин «гибрид»). Он отмечал, что этот предполагаемый гибрид из нарушенных (искусственных) местообитаний в Великобритании бесплоден, имеет промежуточные морфологические признаки между родительскими видами R. trichophyllus Chaix и R. circinatus Sibth., которые нечасто произрастают совместно, вследствие чего этот гибрид встречается редко. Кроме того, экспериментальные данные, подтверждающие его гибридную природу, отсутствуют (Cook, 1966, 1970). Для проверки гибридной сущности того или иного вида важен «...уровень доверия, [который] зависит от адекватности критериев и степени, в которой они выполняются.» (Gottlieb, 1972, с. 435). В нашем исследовании, вслед за L.D. Gottlieb (1972) и D.J. Padgett et al. (2002), применены и рассмотрены следующие критерии гибридной природы: промежуточность проявления морфологических признаков, частичная фертильность пыльцы, географическое распространение в области перекрытия ареалов родительских видов и данные молекулярной биологии. В качестве дополнительных параметров нами исследована модульная организация родительских видов и гибрида и ритм их сезонного развития.
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Биологический ф-т., Ленинские горы, д. 1, стр. 12; 119992, Москва, Россия; e-mail: asinjushin@mail.ru
Поступило в редакцию 22.06.2011 г.
Submitted 22.06.2011
Таким образом, цель настоящей работы - комплексный анализ гибридной природы R.xglueckii с применением классических и молекулярных методов.
Следует также отметить, что группа водных лютиков очень сложна и запутана с таксономической точки зрения (Бобров, 2003; Иванова, 1996; Cook, 1966; Davis, 1900; Webster, 1988; и др.). По последним молекулярным данным, группа входит в состав рода Ranunculus (Hoffman et al., 2010; Emadzade et al., 2010). В этом случае, согласно Cook (1966), объект нашего изучения имеет название R.*glueckii. Если относить водные лютики к роду Batrachium (DC.) A. Gray, то для этой гибридной комбинации должно использоваться название B.xfelixii Soo. Разбор номенклатурных сложностей, связанных с правомерностью применяемых названий предполагаемого гибрида, приведен в работе А.А. Боброва (2007).
В реках R. circinatus и R. trichophyllus встречаются редко, больше предпочитая замкнутые или малопроточные водоёмы (водохранилища, озёра, старицы, заливы рек, пруды и мелиоративные каналы) (Дубына и др., 1993). В настоящее время в водоёмах Ярославской обл. преобладает R. trichophyllus, постепенно вытесняя R. circinatus. Различия в экологии данных растений сказываются на их совместном произрастании, поэтому их гибрид по соседству с родительскими видами встречается редко (Бобров, 2003). Ranunculus*glueckii известен из Западной Европы, Китая, Европейской части России (Верхнее и Среднее Поволжье) (Дамрин и др., 2003; Папченков, 1993; Папченков, Бобров, 1998; Петрова, Легоньких, 2006; Соловьева, Саксонов, 2006; Kohler, 1975; Whitton, 1975;). Нами гибрид обнаружен на р. Корожечна (Ярославская область, Угличский район), где он рос вместе с родительскими видами.
Материалы и методы. Изучение комплекса родительских видов и предполагаемого гибрида проводили в 2005-2008, 2010 гг. на мелководьях Рыбинского водохранилища (Ярославская область) и в 2008-2010 гг. на р. Корожечна (Угличский район, Ярославская область). Растения для морфологического анализа (1100 экземпляров) отбирали в течение всего вегетационного сезона, 2-3 раза в месяц. Камеральная обработка включала подробный морфологический анализ живого и гербарного материала, при котором учитывались: длина растения, число и длина междоузлий, размеры и количество боковых побегов и корней, а также характер их ветвления, диаметр и количество листьев, размеры цветка и отдельных его элементов (лепестков, тычинок и др.), а также длина цветоножки. Кроме того, отмечались и некоторые другие признаки, такие как наличие или отсутствие опушения и его локализация, форма и характер рассеченности листовой пластинки и т. д. Определяли ёмкость почек (термин Серебрякова, 1971), наличие пазушных структур, время заложения цветков и сериальных комплексов.
Фертильность пыльцы определяли без предварительной фиксации, используя свежие пыльники. Пыльцу набирали на кончик препаровальной иглы или пинцета и осторожно стряхивали на поверхность предметного стекла, после чего пипеткой добавляли каплю дистиллированной воды и закрывали покровным стеклом. Фотографии пыльцы были получены с помощью светового микроскопа Axiostar plus (Carl Zeiss) и фотокамеры Canon Power Shot A620. Просмотрено не менее 100 пыльцевых зерен каждого вида и гибрида.
Наблюдения за ритмом развития проводили по методике И.Г. Серебрякова (1954). При фенологических наблюдениях применялся описательный метод В.А. Батманова (Бейдеман, 1974). При этом регистрировалось, в каком фенологическом состоянии находится растение, то есть определялась фенофаза на момент наблюдения.
Модульная организация растений рассмотрена с современных позиций (Савиных, 2002; Современные подходы ..., 2008). При характеристике побеговой сферы растений выделено 7 структурно-функциональных зон: нижняя зона торможения (НЗТ), зона возобновления (ЗВ), средняя зона торможения (СЗТ), зона обогащения (ЗО), верхняя зона торможения (ВЗТ), скрытогенеративная зона (СГЗ), верхушечный цветок или соцветие (ВЦ) (Борисова, Попова, 1990; Мусина, 1976, 1977; Troll, 1964). Кроме того, учтена функциональная неоднородность частей побега, включающая вегетативную, вегетативногенеративную и зону вторичного вегетативного нарастания (Савиных, 2002, 2006).
Для уточнения ряда морфологических параметров и времени наступления фенологических фаз дополнительно были изучены также гербарные образцы Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН (IBIW), Института биологии Коми НЦ УрО РАН (SYKO), Ярославского государственного педагогического университета им. К.Д. Ушинского (USPIY)
и Тверского государственного университета (TVBG) в количестве 250 листов.
В таблицах 1 и 3 и в тексте представлены средние значения и их стандартные отклонения.
Выделение ДНК проводили из высушенных в силикагеле образцов с помощью модифицированного CTAB-метода (Torres et al., 1993). Разведенный в 20 раз раствор геномной ДНК использовали в качестве матрицы при полимеразной цепной реакции (ПЦР). ПЦР проводили в амплификаторе MC2+ (ДНК-Технология). Конечный объем реакционной смеси составлял 25 мкл и содержал по 0.5 мкМ прямого и обратного праймера (Евроген), 2.5 мкл 10* стандартного ПЦР-буфера (Силекс М.), 2.5 единицы активности термостабильной Taq-полимеразы (Силекс М.), по 250 мкМ каждого дНТФ (Силекс М.), раствор геномной ДНК до 25 мкл. Для предотвращения испарения амплификата на поверхность жидкости наслаивали минеральное масло (Sigma). Амплификацию проводили по следующей программе: Начальная денатурация - 150 с при 94°С, 5 циклов (30 с при 24°С, 30 с при 39°С, 90 с при 70°С), 35 циклов (20 с при 93°С, 30 с при 37°С, 60 с при 71.5°С), конечная элонгация -180 с при 72°С.
Использовали следующие RAPD-праймеры: VI (5’-cttggatgga), A15 (5’-ttccgaaccc), K10 (5’-gtgcaacgtg), R03 (acacagaggg), QR1 (cggtcact-gt), QR2 (5’-cggccactgt) и QR5 (5’-cggccccggc). Фракционирование продуктов амплификации проводили путем электрофореза в 2% агарозном геле (Amresco). Электрофореграммы визуализировали в ультрафиолетовом излучении с использованием трансиллюминатора ECX-20.M (Vilber Lourmat) и фотографировали с помощью цифровой фотокамеры. Размер фрагментов определяли, сравнивая электрофореграмму с маркером молекулярной массы (100bp + 1.5kb DNA Ladder, Си-бЭнзим). Всего получено 48 RAPD-фрагментов, из них 31 полиморфный. Обработку данных проводили методом главных координат в программе Microsoft Excel.
Результаты и обсуждения. Для обоснования гибридной природы того или иного вида используется ряд определенных критериев (Gottlieb, 1972; Padgett et al., 2002). Именно их последовательное рассмотрение и будет представлено ниже.
По мнению L.D. Gottlieb (1972, с. 435), «.первичный (основополагающий) критерий гибридности - морфологическая промежуточность в некоторых характеристиках., в отсутствие этого условия гибридное происхождение не будет истинно».
В имеющейся отечественной и зарубежной литературе данные по морфологии R. cir-cinatus, R. trichophyllus и R.*glueckii различны по своей полноте и степени детализации. Не считая классических работ (Gluk, 1924; Cook, 1966), а также кратких и часто противоречивых сведений по этому вопросу в различных флорах и определителях, морфология R. trichophyllus детально рассмотрена в обобщающей работе О.А. Лебедевой (2006). Подробное описание различных диагностических признаков R. circinatus представлено в статье Е.А. Мовергоз и А.Г Лапирова (2009). Что же касается гибрида, то по обнаруженным нами литературным данным не представляется возможным выделить какие-либо качественные или количественные морфологические характеристики, дающие о нем полное представление. Как правило, все ограничивается замечанием, высказанным еще Cook (1966, 1970), о наличии у гибрида морфологических признаков, промежуточных между родителями. К сожалению, в статье Т.И. Плаксиной с соавт. (2005), описывающей среди различных гибридных видов и R.*glueckii (B.x felixii), морфологическое описание этого растения не соответствует критериям гибридности (в частности, промежуточности морфологических признаков). Более того, характеристика1, представленная в статье, может принадлежать типичному R. circinatus, растущему на больших глубинах (о чем свидетельствует указание на длину растения - до 2 м).
Поэтому, учитывая сложности с определением R.xglueckii, особое внимание при его идентификации и морфологическом анализе было обращено на общий габитус растений, соотношение длины листа и междоузлий, формы, характера и порядка рассечённости листовой пластинки, положения сегментов листа в пространстве, наличия, локализации и степени опушения различных органов растений.
Прежде всего, проведённые нами исследования подтвердили справедливость высказывания Cook (1966, 1970) и показали промежуточный характер морфологических признаков гибрида (табл. 1).
Таблица 1
Основные морфологические показатели R. circinatus, R.xglueckii и R. trichophyllus
Признаки R. circinatus >^1иескл trichophyUus
Соотношение длин листа и междоузлий Длина междоузлий в 3 раза больше, чем длина листа Длина междоузлий в 2 раза больше, чем длина листа Длина листа равна или чуть меньше длины междоузлий
Консистенция листовой пластинки Жёсткая, при вынимании из воды не слипается Жёсткая, но при вынимании из воды слипается в кисточку Не жёсткая, при вынимании из воды слипается в кисточку
Расположение сегментов листовой пластинки в пространстве Сегменты листа лежат в одной плоскости Сегменты листа лежат в разных плоскостях Сегменты листа лежат преимущественно в одной плоскости
Форма листовой пластинки Округлая, полукруглая Округлая, полукруглая Полукруглая, обратноконическая
Диаметр листовой пластинки, см 1.1±0.4 1.8±0.6 3.7±1.5
Соотношение средней и боковых долей листа Равное Средняя доля равна или больше боковых в У раза Средняя доля меньше боковых
Диаметр цветка, см 1.5±0.5 до 0.6±0.1 1.0±0,2
Лепестки Гладкие Морщинистые Гладкие
Опушение Встречается редко Всегда Всегда
Поскольку описание R.*glueckii в литературе отсутствует, ниже приведем его в сопоставлении с морфологическими характеристиками родительских видов.
Большинство авторов в качестве одного из таксономических критериев рассматривают соотношение размеров листьев срединной формации и междоузлий. Так, у R. circinatus листья срединной формации значительно (в 3 раза) короче междоузлий, при этом они стеблеобъемлющие, с влагалищами, расположены почти перпендикулярно стеблю. У R. trichophyllus длина подобного листа равна или больше длины междоузлий. У R.xglueckii длина листьев срединной формации равна или меньше (в 1.5-2 раза) длины междоузлий. Отметим также, что на протяжении всего побега у R. circinatus и R.*glueckii междоузлия удлинённые, а для R. trichophyllus свойственен розеточный участок в базальной части побега.
Листовая пластинка R.*glueckii по форме приближена к округлой, как у R. circinatus, многократно рассеченная и при извлечении из воды слипается в кисточку из-за растопыренных в разных плоскостях сегментов листа (рис. 1). Этот признак отсутствует у родительских видов и в литературных источниках ранее не отмечался. Диаметр такого листа составляет в среднем 1.8±0,6, средняя его доля равна или больше боковых на 0.5 ± 0,3 см. Листья стеблеобъемлющие, с опушенными влагалищами.
Следует особо подчеркнуть, что у R.*glueckii, как и у R. circinatus, нами обнаружены сериальные комплексы, состоящие из двух открытых вегетативных почек. Под сериальным комплексом побегов мы понимаем совокупность почек в пазухе одного листа и возникающих из них силлептических побегов (Савиных, 2006). Для R. trichophyllus подобные структуры не указаны (Лебедева, 2006), однако мы их наблюдали. Формирование сериальных комплексов у R. circinatus и R.*glueckii идёт в базипетальной последовательности, причём данные структуры возникают в результате бокового, а не пазушного ветвления. «Добавочная почка» имеет такое же строение, как и обычная пазушная вегетативная, располагается она прямо под основной почкой, может быть как на главном побеге, так и на боковых осях. Из этих почек впоследствии образуются силлептические побеги, формирующие 4-5 листьев и 1-2 неветвящихся придаточных корня.
Диагностика R.*glueckii по степени опу-шенности вегетативной и генеративной сферы показала большую степень вариабельности (рис. 2). На разных частях найденных нами растений (стебель, основание листа, цветоножка, покрывало соцветия, цветоложе, семена) присутствовало опушение разной степени развития. Встречались особи с густым опушением, как у R. trichophyllus, или с редким волосками, как у второго родителя. Для обоих родительских видов вопрос, связанный с наличием или отсутI II III
Рис. i. Листовая пластинка: А) R. circinatus Б) R.xglueckii (I - форма; II - расположение сегментов в пространстве; III - внешний вид листа в воде).
Рис. 2. R.&xglueckii: 1-11 - цветение; III - прикреплённые к плодоложу орешки; IV - опушённое основание листа и покрывало цветка.
ствием опушения, является очень запутанным. Несмотря на то, что опушение, по мнению некоторых авторов (Воронин, 1953; Cook, 1966; и др.), является широко используемым диагностическим признаком в систематике водных видов рода Ranunculus, этот признак может быть чрезвычайно изменчивым.
Как и у изученных родительских видов, цветки R.xglueckii обоеполые, актиноморф-ные, с двойным околоцветником, 5 лепестками с нектарной ямкой (рис. 2). Пять свободно отстоящих светло-зеленых чашелистиков длиной 3-6 мм составляют чашечку. Двуцветный венчик состоит из пяти белых матовых лепестков с желтым пятном в основании и непокрытой нектарной (медовой) ямки. Диаметр цветка составляет 0.7±0.3 см (у R. circinatus 1.5±0.5 см, у R. trichophyllus 1.0±0.2 см). Отличительной особенностью лепестков гибрида является их морщинистая структура (рис. 2), вследствие чего венчик имеет неправильную форму. Так же как и у родительских видов, преобладающая форма нектарной ямки R.*glueckii полулунная. Цветоножка во много раз длиннее листьев, сгибающаяся после цветения; опушенное цветоложе имеет шаровидную форму.
Анатомо-морфологические признаки орешков стабильны для разных надвидовых таксономических групп рода Ranunculus и могут быть использованы при их идентификации (Эрст, 2008). Несмотря на то, что форма и размеры орешков R.xglueckii не отличаются от таковых у родительских видов, отметим густое опушение поверхности у орешков гибрида (рис. 2). Орешки 1-2 мм дл. и 1-2 мм шир., обратнояйцевидные, с очень коротким прямым носиком, поперечно морщинистые, опушённые. При этом размеры орешка не являются консервативными признаками и зависят от положения на плодоло-же (Мовергоз, Лапиров, 2009).
Существенным аспектом структурной организации побеговой сферы растений является модульная организация, а изучение строения структурных единиц является инструментом
морфологического анализа (Кузнецова, 1995). Применительно к водным лютикам, подобные работы проведены для R. trichophyllus (Лебедева, 2006) и Я. агетМш (Мовергоз, 2009). Анализ побеговой структуры этих растений, а затем и гибрида, не выявил существенных различий в строении структурно-функциональных зон и показал их однотипность. Несколько иная картина отмечена при рассмотрении различных типов модулей. Нами уже были выделены разные группы модулей у Я. агетМш (Мовергоз, 2009). Полагая, что для родственных между собой видов чаще всего характерна одна и та же модель побегообразования, были также изучены и проанализированы побеговые системы R. trichophyllus и R.xglueckii. И если на уровне элементарных модулей различий между всеми этими растениями не выявлено, то сравнение родительских видов и гибрида на уровне универсальных модулей (УМ) дало иной результат (табл. 2).
Из таблицы 2 видно, что общим в структуре побеговой сферы Я. сттМш, Я. Мско-phyllus и R.xglueckii является наличие трех типов УМ (рис. 3). Первый тип УМ - многоме-тамерный вегетативно-генеративный универсальный модуль, который, в зависимости от глубины и условий произрастания, обычно имеет 8-12 метамеров с удлиненными междоузлиями. Второй тип УМ - однометамерный вегетативногенеративный, представлен одним метамером с удлиненным междоузлием, листом и терминальным цветком. Четвертый тип УМ - двуметамер-ный вегетативно-генеративный, состоит из двух метамеров с удлиненным междоузлием, листом, пазушной структурой у второго метамера и заканчивается также терминальным цветком.
Различия замечены на уровне третьего универсального модуля. Он представлен тремя метамерами с удлиненными междоузлиями: первые два метамера с пазушной структурой, в пазухе листа второго метамера развивается боковой побег; заканчивается модуль, как и все предыдущие, терминальным цветком (рис. 3). Данный модуль, выделенный ранее у Я. сттМш (МоТаблица 2
Типы универсальных модулей R. circinatus, R.^glueckii и R. trichophyllus
Типы УМ R. circinatus Rxglueckii R. trichophyllus
Примечание: + наличие данной структуры, - отсутствие.
Рис. 3. Структура универсальных модулей: I - R. trichophyllus и R.^glueckii, II - R. circinatus.
вергоз, 2009), не обнаружен в составе побеговой системы R. trichophyllus и R.*glueckii.
Учитывая, что «.универсальный модуль - элементарная биоморфологическая единица побеговой системы растения.» (Савиных, 2007), выявленные различия имеют существенное значение для понимания структуры растения в целом, а отсутствие третьего УМ можно рассматривать как дополнительный критерий при сомнениях, возникающих при идентификации R.xglueckii. Кроме того, именно мультипликация (термин Савиных, 2006) универсального модуля приводит к возникновению основного модуля (ОМ), определяющего тип биоморфы. Таким образом, у R. circinatus в состав основного модуля входит третий УМ, который отсутствует у R. trichophyllus и R.*glueckii. Однако, поскольку отсутствие третьего УМ не вносит существенных изменений в общий план строения основного модуля в целом, эту структуру у родительских видов и гибрида можно охарактеризовать как моноциклический монокарпический вегетативно-генеративный анизо- или ортотроп-ный побег с удлиненными междоузлиями и 2-4 побегами замещения последовательных порядков, которые развиваются из пазушных почек, не прошедших периода длительного покоя. Таким образом, можно предположить существование единой модели формообразования для трёх водных представителей рода Ranunculus.
Рис. 4. Пыльца: R. circinatus (А), R.^glueckii (Б), R. trichophyllus (В).
вид март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь
I II 1-ї 1 1-І 1 IV I II III [V I II t—1 l“l HH [V I II III IV I II 1—1 l“l НИ IV I II t—1 •“I ►—1 IV I II HH 1—1 1—I IV I II 1—1 HH t—1 IV
R. trichophyllus
R. x glueckii
R. circinatus
□ период вегетации □ период цветения □ период плодоношения
Рис. 5. Фенологический спектр Я. сггстаШ, R. trichophyllus и R.xglueckii на р. Корожечна.
Известно, что гибрид может быть плодовитым, частично плодовитым, высокостерильным или полностью стерильным, производящим (кроме случая полной стерильности), некоторое количество потомков последующих поколений (Грант, 1984). У водных представителей рода Ranunculus количество стерильных гибридов достаточно высоко (Cook, 1966). К стерильным гибридам был отнесен R.*glueckii (Cook, 1966, 1970). Однако, по нашим данным, процент фертильных пыльцевых зерён у этого растения составляет 8%. При этом у фертильных пыльцевых зёрен под микроскопом заметны зернистая цитоплазма и спермии. Содержимое стерильных пыльцевых зёрен отходит от оболочки, поскольку находится на разных стадиях отмирания. Спер-миев в таких пыльцевых зернах нет. Пыльцевые зёрна R. circinatus и R. trichophyllus трёхбороздные, имеют округлую или слегка овальную трёхгранную форму. Пыльцевые зерна гибрида имеют неправильные очертания, приближающиеся к округлым (рис. 4).
Одним из критериев эффективности опыления служит его результативность, определяемая количеством и качеством образующихся семян (Левина, 1981). Для характеристики качества семян используют разные показатели, важнейшим из которых является всхожесть (Николаева и др., 1999)2. С этих точек зрения, при примерно равном количестве орешков в многоорешке у родительских видов и гибрида (R. circinatus - от 24 до 50, R. trichophyllus - 29-49 и R.*glueckii - 2157), показатель конечного прорастания орешков R.xglueckii после трехмесячной холодной сухой стратификации примерно в 1.5 раза достоверно выше, чем таковой у родительских видов. Остальные показатели прорастания гибрида такие же, как и у Я. circinatus (табл. 3). При этом следует иметь в виду, что полевая всхожесть всегда ниже лабораторной (Левина, 1981).
Говоря о характере роста проростков, отметим, что для Я. circinatus, R.xgluecki и Я. М-chophyllus характерен надземный тип прорастания. Все стадии процесса прорастания орешков гибрида не отличаются от таковых у Я. circinatus и Я. trichophyllus. Лишь на стадии полного раскрытия семядольных листьев появляются отдельные видимые различия. В отличие от полностью раскрытых нежно-зелёных семядолей проростков Я. trichophyllus (Лебедева, 2006) и светлозелёных у Я. circinatus, семядоли R.xglueckii имеют насыщенно зелёный цвет. Семядоли гибрида цельнокрайные, неопушенные и имеют такую же
Рис. б. Электрофореграмма ПЦР-фрагментов, полученных с RAPD-маркером R03. М - маркер молекулярной массы (100bp + 1.5kb DNA Ladder, Сиб-Энзим). Слева приведены размеры фрагментов маркера в п.н.
эллиптическую форму, как у R. circinatus. Семядольные же листья R. trichophyllus продолговатоовальной формы, с более острой верхушкой. Вместе с тем, верхушка семядольного листа R.xglueckii более округлая, на стадии полного раскрытия семядоли дугообразно изгибаются вниз. Это признак свойственен только семядолям гибрида, тогда как семядольные листья R. trichophyllus и R. circinatus раскрываются в горизонтальной плоскости. Хотя относительная разница размерных величин семядольных листьев не достоверна, тем не менее, семядоли гибрида несколько шире таковых у обоих родителей.
Многие исследователи подчеркивали, что важную роль в естественной гибридизации играет характер местообитания, которое либо предотвращает, либо допускает гибридизацион-ный процесс (Грант, 1984). При этом A. Kerner (1894-1895, цит. по Грант, 1984, с. 194) отмечает, что «... гибридные растения могут обосноваться в местообитаниях своих предков только в том случае, если они в адаптивном смысле превосходят родительские виды или если они могут найти подходящее свободное местообитание, не занятое этими последними». Именно это, на наш взгляд, и является одной из причин распространения R.xglueckii в месте обитания родительских видов на р. Корожечна, где постоянно возникают свободные участки за счет частичного размыва грунта во время весенних и осенних паводков и удаления растительности. К этим же последствиям приводит и антропогенный фактор (водопой скота, охота и т. п.), нарушающий естественное местообитание родительских видов, что также способствует гибридизации. Безусловно, на Рыбинском водохранилище также имеются свободные местообитания, пригодные для развития гибрида. Однако их, скорее всего, быстрее занимают более конкурентноспособные виды. Очевидно, это является причиной того, что R.xglueckii в этом водоеме нами не обнаружен даже в местах совместного обитания родительских видов.
L. Diels (1918 - цит. по: Лархер, 1978, с. 327) отмечал, что «... для процветания и распространения вида в определенном районе необходимо, чтобы его жизненный цикл мог быть согласован с ходом периодических явлений в окружающей среде». Принимая этот тезис, рассмотрим ритм развития родительских видов и гибрида в условиях малой реки (р. Корожечна) с учетом ярко выраженных здесь фаз водного режима - весеннего половодья, летне-осенней
низкой межени, прерываемой иногда паводками, и зимней межени.
Сопоставляя сезонное развитие R. circinatus, R. trichophyllus и R.*glueckii с этими фазами, можно выявить чёткую закономерность между ними. В половодье растения только начинают вегетацию, пик которой для R.*glueckii приходится на вторую декаду мая, для R. trichophyllus - на начало мая, а R. circinatus - на конец мая. В данном случае, гибрид «нашел» свою экологическую нишу. Ближе к межени наступает пора бутонизации. В конце мая - начале июня к цветению переходит B. trichophyllum, вслед за ним, в те же сроки, зацветает R.*glueckii, а R. circinatus начинает цвести во второй декаде июня. От начала цветения до созревания плодов проходит 3-4 недели. Вторая волна цветения у R. trichophyllus наступает во вторую половину июля, к концу июля - у R.xglueckii и началу августа - у R. circinatus. Вегетационный период на реке у R. circinatus и R. trichophyllus продолжается в среднем 164 дня, у гибрида 154 дня (рис. 5).
Таким образом, в процессе развития все изучаемые растения используют весь вегетационный сезон. При этом гибрид удачно «встраивается» в ритм развития своих родителей, тем самым способствуя успешному сосуществованию на одной территории. Это говорит о том, что при формировании определенного ритма развития у растений происходит дифференциация по приспособительной приуроченности (Ворошилов, 1960). В целом, феноритмотип (терм.: Борисова, 1972) всех трех растений на р. Корожечна можно отнести к длительновегетирующему весеннеосеннезеленому с зимним покоем.
Молекулярно-генетический анализ позволил выявить видоспецифичные фрагменты ДНК характерные для каждой из родительских форм, они были обнаружены и у гибрида (рис. 6).
Возможны два объяснения наблюдаемому эффекту. Во-первых, могло иметь место получение истинного гибрида (R. xglueckii), который затем в течение определенного времени скрещивался возвратно с R. trichophyllum, что объясняло бы сходство с этим родителем на молекулярном уровне, не отвергая гипотезу о гибридогенном происхождении изучаемой формы. Это возможно при условии хотя бы частичной фертильности первичного гибрида; в доступной литературе имеются данные о стерильности такой комбинации (Cook, 1966, 1970).
В качестве альтернативной гипотезы можно предположить, что изученные растения
Таблица 3
Показатели прорастания орешков R. circinatus, R.xgluecki и R. trichophyllus после трехмесячной стратификации
Вид Лаг-время, дни Конечное прорастание, % период прорастания, дни
R. circinatus 5,б±1,б 29,1±4,0 27,0±4,4
R.xglueckii 5,0±0,0 53,4±3,1 25,5±4,9
R. trichophyllus 8,2±0,4 32,0±8,0 8,4±0,5
представляют собой не гибрид, а нетипичную форму Я. trichophyllum. Мутация (или несколько мутаций) с плейотропным проявлением могут объяснять комплекс морфологических аномалий (тем более, что речь в большинстве случаев идет о сдвиге средних значений по сравнению с предполагаемыми родителями, а не о принципиально новых качественных изменениях) и пониженную фертильность. Строго говоря, в плане видовой принадлежности изучаемые нами образцы могут габитуально приближаться и быть определены как Я. trichophyllum или выделены в качестве самостоятельной разновидности. Возможность возвратных скрещиваний с Я. trichophyllum существует и в этом случае, что также может сближать эти формы на молекулярно-генетическом уровне.
Тем не менее, результаты комплексной проверки растений, предположительно возникших путем гибридизации с помощью различных критериев склоняют нас к признанию гибридной природы R.xglueckii. Для уточнения происхождения описываемых нетипичных растений необходимо проведение дополнительных исследований с выборкой большего объема, включающих эксперименты по скрещиванию родительских видов в лабораторных условиях, наблюдение за потомством и возможностью самоопыления.
Благодарности. Авторы благодарят В.Г. Папченкова и А.С. Эрста за ценные замечания и советы при написании и редактировании рукописи, А.А. Тетерину за помощь при компьютерном анализе данных.
ЛиТЕРАТУРА
Грант. В. Видообразование у растений. - М.: Мир, 1984. - 528 с.
Бейдеман И.Н. Методика изучения фенологии растений и растительных сообществ. - Н.: Наука, 1974. -156 с.
Бобров А.А. Шелковники (Batrachium S.F. Gray, сем. Ranunculaceae Juss.) рек Верхнего Поволжья // V Всерос. конф. по гидроботанике. Октябрь 2000 г. Тезисы докл. - Борок, 2000. - С. 112-113.
Бобров А.А. Шелковники (Batrachium (DC.) S.F. Gray, Ranunculaceae) европейской части России и их систематика // Мат. Всерос. школы по гидроботанике. Апрель 2003 г., тез. докл. - Борок, 2003. - С.70-81.
Бобров AА. О названии гибрида Batrachium circinatum (Sibth.) Spach x B. trichophyllum (Chaix) Bosch (Ranunculaceae) // Новости сист. высш. раст., 2007. - Т. 39. - С. 210.
Борисова И.В. Сезонная динамика растительного сообщества // Полевая геоботаника. - Л., 1972. -Т. 4. - С. 5-94.
Борисова И.В., Попова Г.А. Разнообразие функционально-зональной структуры побегов многолетних трав // Бот. журн., 1990. - Т. 75, № 10. - С. 1420-1426.
Воронин Н.С. Практикум по анатомии и морфологии растений. - М.: Сов. наука, 1953. - 239 с.
ВорошиловВ.Н. Ритм развития у растений - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - С. 135.
Дамрин А.Г., Соловьёва В.В., Плаксина Т.И., Чибилёв А.А., Петрищев В.П. Ландшафтно-геобота-нические особенности формирования геосистем малых водохранилищ (на примере Поляковского водохранилища) // Поволжский экол. журн., 2003, № 2. - С. 109-118.
Дубына Д.В., Сытник К.М., Тасенкевич Л.А., Шеляг-Сосонко Ю.Р., Гейны С., Гроудова З., Гусак Ш., Отмелова Т., Эржабкова О. Макрофиты - индикаторы изменения природной среды. - Киев: Наук. Думка, 1993. - 428 с.
Иванова С.В. Изменчивость и таксономия подрода Batrachium (DC.) Peterm. рода Ranunculus L. (Ranunculaceae Juss.) Европейской России и Украины: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. - М.: МГПУ, 1996. -17 с.
Кузнецова Т.В. К истории развития представлений о плане строения побега сосудистых растений и о месте филлома в нем // Бот. журн., 1995. - Т. 80, № 7. - С. 1-11.
ЛархерВ. Экология растений. - М.: Мир, 1978. - 382 с.
Лебедева О.А. Биология шелковника волосистолистного (Batrachium trichophyllum (Chaix) Bosch): Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. - Сыктывкар, - 2006. - 20 с.
Левина Р.Е. Репродуктивная биология семенных растений. - М.: Наука, 1981. - 93 с.
Мовергоз Е.А., Лапиров А.Г. О морфологических признаках Batrachium circinatum (Sibth.) Spach // Вестник Тверского гос. ун-та, 2009. - № 37 (Биология и экология). - С. 103-108.
Мовергоз Е.А. О модульной организации Batrachium circinatum (Sibth) Spach // Труды VIII Международной конференции по морфологии растений, посвященной памяти Ивана Григорьевича и Татьяны Ивановны Серебряковых. - М.: МИГУ 2009. - Т. 2. - С. 82-86.
МусинаЛ.С. Побегообразование и становление жизненных форм некоторых розеткообразующих трав // Бюлл. МОИП. Отд. биол., 1976. - Т. 81, вып. 6. - С. 123-132.
Мусина Л.С. Эколого-морфологические взаимоотношения стержнекорневых и кистекорневых жизненных форм трав в некоторых группах сложноцветных: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. - М., 1977. - 14 с.
Николаева М.Г. Особенности прорастания семян в зависимости от филогенетического положения растений и эколого-географических условий их обитания // Физиол. раст., 1999. - Т. 46, № 3. - С. 432-437.
Папченков В.Г. Речная флора Среднего Поволжья // Флористические исследования в Поволжье и на Урале. - Самара: Изд-во Самарск. ун-та, 1993. - С. 16-35.
Папченков В.Г. Предварительная оценка экологического состояния малых рек Ярославской области по высшей водной растительности [Текст] / В.Г. Папченков, А.А. Бобров // Актуальные проблемы экологии Ярославской области. - Вып. 1. - 1998. - С. 56-61.
Петрова А.Ю., Легоньких О.А. Особенности растительности водоемов юга Самарской области // Материалы международной научной конференции, посвященной 200-летию Казанской ботанической школы. Январь 2006 г. - Казань, 2006. - Ч. II. - С. 244-245.
Плаксина Т.И., Гусева Л.В., Саксонов С.В., Соловьева В.В. О двух новых видах для флоры Заволжья // Бот. журн., 2005. - Т. 90, № 2. - С. 275-277.
Попцов А.В., НекрасовВ.И., Иванова И.А. Очерки по семеноведению. - М.: Наука, 1981. - 112 с.
Савиных Н.П. Модули у растений // II Междунар. конф. по анатомии и морфологии растений (14-18 октября 2002 г.). Тез. докл. - СПб., 2002. - С. 95-96.
Савиных Н.П. Род вероника: морфология и эволюция жизненных форм. - Киров: Изд-во ВятГГУ
Савиных Н.П. Модульная организация растений // Онтогенетический атлас растений. - Йошкар-Ола: МарГУ 2007. - Т. V. - С. 15-34.
Серебряков И.Г. О методах изучения сезонного развития растений в стационарных геоботанических исследованиях // Уч. зап. МГПИ им. В.П. Потемкина, 1954. - Т. 37. - С. 21-89.
Серебрякова Т.И. Морфогенез побегов и эволюция жизненных форм злаков - М.: Наука, 1971. - 360 с.
Современные подходы к описанию структуры растения / Под ред. Н.П. Савиных и Ю.А. Боброва. - Киров: Лобань, 2008. - 355 с.
Соловьева В.В., Саксонов С.В. Флористический мониторинг малых искусственных водоёмов Самарской области (2001-2005 гг.) // Поволжский экологический журнал (Саратов), 2006. - № 2/3. - С. 188-195.
ЭрстА.С. Карпология представителей рода Ranunculus s. l. из Алтайской горной страны // Turczaninowia, 2008. - Вып. 11, № 4. - С. 95-105.
Cook C.D.K. A monographic study of Ranunculus subgenus Batrachium (DC.) Peterm. // Mitt. Bot. Staatssal. Munchen, 1966. - Bd. 6. - S. 47-237.
Cook C.D.K. Hybridization in the evolution of Batrachium // Taxon, 1970. - Vol. 19, № 2. - P. 161-166.
Davis K.C. Native and cultivated Ranunculi of North America and segregated genera // Minn. Bot. Stud., 1900. - 2 - P. 459-507.
Ellstrand N.C., Whitkus R., Riesenberg L.H. Distribution of spontaneous plant hybrids // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1996. - Vol. 93. - P. 5090-5093.
Emadzade K., Lehnebach C., Lockhart P., Horandl E. A molecular phylogeny, morphology and classification of genera of Ranunculeae (Ranunculaceae) // Taxon, 2010. - Vol. 59, № 3. - P. 809-828.
Gluck H. Biologische und morphologische Untersuchungen uber Wasser- und Sumpfgewachse, Vierter Teil: Untergetauchte und Schwimmblattflora. - Jena, 1924. - 736 р.
Gottlieb L.D. Levels of confidence in the analysis of hybridization in plants // Ann. Missouri Bot. Gard., 1972. - Vol. 59, № 3. - P. 435-446.
Hoffman M.H., von Hagen B., Horandl E., Roser M., Tkach N.V. Sources of the arctic flora: origins of arctic species in Ranunculus and related genera // International Journal of Plant Sciences, 2010. - Vol. 171, № 1. -P. 90-106.
Kohler A. Macrophytishe Wasserpflazen als Bioindikatoren fur Belastungen von Fliessgewasser - Okosyste-men. - Vern. Okoligie, Wien, 1975. - Vol. 3. - P. 255-276.
LesD.H., Philbrick C.T. Studies of hybridization and chromosome number variation in aquatic angiosperms: evolutionary implications // Aquatic Botany, 1993. - Vol. 44. - P. 181-228.
Padgett D.J., Shimoda M., Horky L.A., Les D.H. Natural hybridization and the imperiled Nuphar of western Japan // Aquatic Botany, 2002. - Vol. 72. - P. 161-174.
Shipley B., ParentM. Germination responses of 64 wetland species in relation to seed size, minimum time to reproduction and seedling relative growth rate // Functional Ecology, 1991. - Vol. 5, № 1. - P. 111-118.
Torres A.M., Weeden N.F., Martin A. Linkage among isozyme, RFLP and RAPD markers in Vicia faba // Theor. Appl. Genet., 1993. - Vol. 85. - P. 937-945.
Troll W. Die Infloreszenzen. - Jena. 1964. - Bd. 1. - 615 S.
Webster S.D. Ranunculus penicillatus (Dumort.) Bab. in Britain and Ireland [Text] / S.D. Webster // Watsonia, 1988. - Vol. 17, pt. 1. - P. 1-22.
Whitton B.A. River Ecology. - Oxford: Blackwell, Studies in ecology (Oxford, England), 1975. - Vol. 2. -P. 617-694.
