Фенотипическая структура популяций ели на Европейском Севере России

УДК

630*165.1:630*165.5

DOI:

https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-2-9-20

Аннотация

На севере европейской части России сформировались популяции ели с признаками, популяционно-географическая изменчивость которых исследована недостаточно. Цель работы – изучение на основе биометрических показателей фенотипической структуры, географической дифференциации и относительного положения (к ели европейской и сибирской) популяций ели, располагающихся к северу от 60-й параллели. Ель здесь характеризуется значительным популяционно-географическим разнообразием: средняя длина шишек в популяциях находится в пределах 44…85 мм, коэффициент сужения верхней части семенных чешуй (Cn) ‒ 36…68, коэффициент вытянутости (Cp) – 40…60, их разность (Cn ‒ Cp) от −23 до +28 %. Коэффициенты географической вариации равны 15, 18, 12, 61 % соответственно. По величине показателя Cn ‒ Cp выделяются 6 групп популяций из 9 (I‒IX), существующих на всей территории востока Европы и Сибири, исключая первые три группы. В группах IV, V, VI отмечается наибольшая частота (61, 72, 55 %) промежуточных фенотипов особей (f.emm., f.m., f.mms.), в группах VII, VIII, IX – наибольшая частота (71, 86, 98 %) фенотипов ели сибирской (f.ms., f.mss., f.s.). Существенно изменяется длина шишек по группам популяций: в первых она составляет в среднем 70…80 мм, во вторых – 50…60 мм. Группы популяций IV, V, VI представляют промежуточную форму елей европейской и сибирской и распространены к юго-западу от условной линии между реками Пинега и Мезень к Сыктывкару; группы VII, VIII, IX – ель сибирскую, занимая территорию к северо-востоку от указанной линии: Архангельскую область, территорию Республики Коми, Мурманской области и самую северную часть Карелии. Популяций, представляющих ель европейскую по изучаемым признакам, в регионе нет. Полученные результаты могут быть использованы при разработке дифференцированных приемов лесоводства на Европейском Севере России.
Финансирование: Работа выполнена в рамках госзадания: проект № ААА-А-А17-117050400146-5 НИР ТюмНЦ СО РАН .

Сведения об авторах

П.П. Попов, д-р биол. наук, гл. науч. сотр.; ResearcherID: I-7762-2018,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0987-7402
М.Н. Казанцевa, канд. биол. наук, вед. науч. сотр.; ResearcherID: I-7753-2018,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1227-6720
С.П. Арефьев, д-р биол. наук, гл. науч. сотр.; ResearcherID: I-7761-2018,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8621-9884
Институт проблем освоения Севера ФИЦ ТюмНЦ СО РАН , ул. Малыгина, д. 86, а/я 2774,
г. Тюмень, Россия, 625003; e-mail: ipospopov@mail.ru

Ключевые слова

ель, фенотип, структура популяции, изменчивость, Европейский Север, Россия

Для цитирования

Попов П.П., Казанцева М.Н., Арефьев С.П. Фенотипическая структура популяций ели на Европейском Севере России // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021.№ 2. С. 9–20. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-2-9-20

Литература

1. Боровиков В.П. Популярное введение в программу STATISTICA. М.: КомпьютерПресс, 1998. 267 с. [Borovikov V.P. Popular Introduction to STATISTICA. Moscow, Komp’yuterPress Publ., 1998. 267 p.].

2.Волкова П.А. Использование молекулярно-генетических данных для анализа миграционных путей сосудистых растений в Восточной Европе в позднеледниковье: автореф. дис. … д-ра биол. наук. М., 2015. 42 с. [Volkova P.A. Using Molecular Genetic Data to Analyze Migration Routes of Vascular Plants in Eastern Europe in the Late Glacial Period: Dr. Biol. Sci. Diss. Abs. Moscow, 2015. 42 p.].

3.Гашев С.Н. Программа для ЭВМ «STATAN–2011». Свидетельство о регистрации RUS 2011615336 от 26.04.2011. [Gashev S.N. Computer Program “STATAN–2011”. Certificate of Registration RF, no. 2011615336, 2011].

4. Гашева Н.А. Опыт применения кластерного и дискриминантного анализа при описании структуры популяций ели по форме семенных чешуй // Вестн. экологии, лесоведения и ландшафтоведения. 2001. № 2. С. 113–116. [Gasheva N.A. Experience with Cluster and Discriminant Analysis When Describing the Structure of Spruce Populations by the Form of Seed Scales. Vestnik ekologii, lesovedeniya i landshaftovedeniya, 2001, no. 2, pp. 113–116].

5. Гончаренко Г.Г., Падутов В.Е. Популяционная и эволюционная генетика елей Палеарктики. Гомель: Ин-т леса НАН Беларуси, 2001. 197 с. [Goncharenko G.G., Padutov V.E. Population and Evolutionary Genetics of Spruces of the Palearctic. Gomel, NASB Institut of Forest Publ., 2001. 197 p.].

6. Захарова К.В., Сейц К.С. Внутрипопуляционная фенотипическая дифференциация гибридных популяций Picea abies × Picea obovata (Pinaceae) в контрастных экотопических условиях // Ботан. журн. 2011. Т. 96, № 6. С. 709–738. [Zakharova K.V., Seits K.S. The Intrapopulation Phenotypic Diversity of the Picea abies × Picea obovata (Pinaceae) Hybrid Populations in Contrast Environmental Conditions. Botanicheskii Zhurnal, 2011, vol. 96, no. 6, pp. 709–738].

7. Ильинов А.А., Харин В.Н., Тренин В.В. Популяционная структура ели финской Picea×fennica (Regel) в Карелии // Научные основы селекции древесных растений Севера. Петрозаводск: КарНЦ РАН , 1998. С. 12–24. [Il’inov A.A., Kharin V.N., Trenin V.V. Population Structure of Finnish Spruce Picea×fennica (Regel) in Karelia. Scientific Foundations of Tree Breeding in the North. Petrozavodsk, KarRC RAS Publ., 1998, pp. 12–24].

8. Ильинов А.А., Политов Д.В., Исаева Л.Г., Данилова Е.В. Фенотипическая и генетическая структура популяций ели финской в условиях промышленного загрязнения в Мурманской области // Современные экологические проблемы Севера (к 100-летию со дня рождения О.И. Семенова Тянь-Шанского): материалы междунар. конф., 10–12 октября 2006 г. Ч. 1. / Институт проблем промышленной экологии Севера. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН , 2006. С. 73–75. [Il’inov A.A., Politov D.V., Isayeva L.G., Danilova E.V. Phenotypic and Genetic Structure of Finnish Spruce Populations in Industrially Pollutеd Areas of the Murmansk Region. Modern Ecological Problems of the North (to the Centenary of the O.I. Semenov-Tyan-Shanskiy Birthday): Proceedings of the International Conference, October 10–12, 2006, Part 1. Apatity, KSC RAS Publ., 2006, pp. 73–75].

9. Казанцева М.Н., Арефьев С.П., Попов П.П. Индивидуальная и географическая изменчивость шишек и формы семенных чешуй ели сибирской в сибирской части ареала // Лесоведение. 2019. № 3. С. 198–207. [Kazantseva M.N., Aref’ev S.P., Popov P.P. Individual and Geographic Variability of Cones and Seed Scale Forms of Siberian Spruce in the Siberian Part of the Range. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2019, no 3, pp. 198–207]. DOI: 10.1134/S0024114819020037

10. Кожаринов А.В., Борисов П.В., Горшкова И.И. Палеоареал ели европейской (Picea abies (Karst.) L.) на территории восточной Европы за последние 13500 лет // Изв. РАН . Сер. Геогр. 2010. № 1. С. 71–82. [Kozharinov A.V., Borisov P.V., Gorshkova I.I. Paleohabit of Norway Spruce (Picea abies (Karst.) L.) in the Territory of Eastern Europe within the Latest 13.500 years. Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya, 2010, no. 1, pp. 71–82].

11. Комарова А.М. Качество семян ели в зоне интрогрессивной гибридизации: автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Архангельск, 2011. 19 с. [Komarova A.M. The Qual ity of Spruce Seeds in the Zone of Introgressive Hybridization: Cand. Agric. Sci. Diss. Abs. Arkhangelsk, 2011. 19 p.].

12. Коропачинский И.Ю., Милютин Л.И. Естественная гибридизация древесных растений. Новосибирск: Гео, 2006. 223 с. [Koropachinskiy I.Yu., Milyutin L.I. Natural Hybridization in Woody Plants. Novosibirsk, Geo Publ., 2006. 223 p.].

13. Коропачинский И.Ю., Потемкин О.Н., Рудиковский А.В., Кузнецова Е.В. Полиморфизм и структура популяций ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) на северном пределе распространения вида // Сиб. экол. журн. 2012. № 2. С. 175–184. [Koropachinskii I.Y., Potemkin O.N., Rudikovskii A.V., Kuznetsova E.V. Polymorphism and Structure of Populations of Siberian Spruce (Picea obovata Ledeb.) at the Northern Limits of the Species Distribution. Sibirskiy Ekologicheskiy Zhurnal [Contemporary Problems of Ecology], 2012, no. 2, pp. 175–184].

14. Мамаев С.А., Махнев А.К. Проблемы биологического разнообразия и его поддержания в лесных экосистемах // Лесоведение. 1996. № 5. С. 3–10. [Mamayev S.A., Makhnev A.K. Problems of Biological Diversity and Its Maintenance in Forest Ecosystems. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 1996, no. 5, pp. 3–10].

15. Мамаев С.А., Семериков Л.Ф., Махнев А.К. О популяционном подходе в лесоводстве // Лесоведение. 1988. № 1. С. 3–9. [Mamayev S.A., Semerikov L.F., Makhnev A.K. On the Population Approach in Forest Science. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 1988, no. 1, pp. 3–9].

16. Наквасина Е.Н., Прожерина Н.А., Юдина О.А. Морфологическая изменчивость ели в географических культурах Архангельской области // Лесоведение. 2009. № 2. С. 28–34. [Nakvasina E.N., Prozherina N.A., Yudina O.A. Morphological Variability of Spruce in Provenance Trials of Arkhangelsk Region. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2009, no. 2, pp. 28–34].

17. Орлова Л.В., Егоров А.А. К систематике и географическому распространению ели финской (Picea fennica (Regel) Kom., Pinaceae) // Новости систематики высших растений. 2010. Т. 42. С. 5–23. [Orlova L.V., Egorov A.A. To the Systematics and Geographical Distribution of Finnish Spruce (Picea fennica (Regel) Kom., Pinaceae). Novosti sistematiki vysshikh rastenii [Novitates Systematicae Plantarum Vascularium], 2010, vol. 42, pp. 5–23].

18. Попов П.П. Фенотипическая структура популяций Picea abies и P. obovata (Pinaceae) на востоке Европы // Ботан. журн. 2013. Т. 98, № 11. С. 1384–1402. [Popov P.P. Phenotypic Structure of Picea abies and P. obovata Populations (Pinaceae) in the Eastern Europe. Botanicheskii Zhurnal, 2013, vol. 98, no. 11, pp. 1384–1402].

19. Попов П.П. Распространение популяции промежуточной формы елей европейской и сибирской в российской части ареала // Лесхоз. информ. 2020. № 1. С. 69–75. [Popov P.P. Distribution of Intermediate Populations of the European and Siberian Spruces in the Russian Part of the Area. Lesokhozyaystvennaya informatsiya [Forestry information], 2020, no. 1, pp. 69–75]. DOI: 10.24419/LHI.2304-3083.2020.1.07

20. Попов П.П., Арефьев С.П., Казанцева М.Н. Фенотипическая структура популяций ели некоторых особо охраняемых природных территорий на востоке Европы и в Сибири // Nature conservation research. Заповедная наука. 2019. Т. 4, № 4. С. 26–33. [Popov P.P., Arefyev S.P., Kazantseva M.N. Phenotypic Diversity of Spruce Populations in Some Protected Areals in Eastern Europe and Siberia. Nature Conservation Research. Zapovednaya nauka [Nature Conservation Research], 2019, vol. 4, no. 4, pp. 26–33. DOI: 10.24189/ncr.2019.060

21. Правдин Л.Ф. Ель европейская и ель сибирская в СССР . М.: Наука, 1975. 178 с. [Pravdin L.F. Norway Spruce and Siberian Spruce in the USSR. Moscow, Nauka Publ., 1975. 178 p.].

22. Рыжова Н.В., Шутов В.В., Коренев И.А., Малышев В.А., Лебедев О.Ю. Морфология шишек и продуктивность ели в Костромской области // Лесоведение. 2003. № 5. С. 61–64. [Ryzhova N.V., Shutov V.V., Korenev I.A., Malyshev V.A., Lebedev O.Yu. Morphology of Cones and Productivity of Spruce in Kostroma Oblast. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2003, no. 5, pp. 61–64].

23. Тарханов С.Н. Популяционная изменчивость ели финской по форме семенных чешуй на севере Архангельской области // Лесоведение. 2019. № 3. С. 208–214. [Tarkhanov S.N. Population Variability of Finnish Spruce from the Seed Scale Forms in Northern Arkhangelsk Oblast. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2019, no. 3, pp. 208–214]. DOI: 10.1134/S0024114819020116

24. Тарханов С.Н., Пинаевская Е.А. Изменчивость морфоструктурных признаков ели разного возраста в условиях севера Архангельской области // Изв. вузов. Лесн. журн. 2019. № 2. С. 56–66. [Tarkhanov S.N., Pinaevskaya E.A. Variability of Morphostructural Features of Uneven-Aged Spruce in the North of Arkhangelsk Region. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 2, pp. 56–66]. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.2.56, URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/ff3/56_66.pdf

25. Biology and Ecology of Norway Spruce. Ed. by M.G. Tjoelker, A. Boratynski, W. Bugala. Netherlands, Springer, 2007. 474 p. DOI: 10.1007/978-1-4020-4841-8

26. Krutovskii K.V., Bergmann F. Introgressive Hybridization and Phylogenetic Relationships between Norway, Picea abies (L.) Karst., and Siberian, P. obovata Ledeb., Spruce Species Studied by Isozyme Loci. Heredity, 1995, vol. 74, iss. 5, pp. 464–480. DOI: 10.1038/hdy.1995.67

27. Popov P.P. Reference Populations for Discriminant Analysis in the Continuous Range of Norway and Siberian Spruces. Russian Journal of Ecology, 2012, vol. 43, iss. 1, pp. 13–18. DOI: 10.1134/S1067413612010092

28. Popov P.P. Population Structure in European and Siberian Spruces According to Their Phenotypes. Russian Journal of Ecology, 2017, vol. 48, iss. 5, pp. 403–408. DOI: 10.1134/S1067413617050101

29. Ravazzi C. Late Quaternary History of Spruce in Southern Europe. Review of Palaeobotany and Palynology, 2002, vol. 120, iss. 1-2, pp. 131–177. DOI: 10.1016/S0034-6667(01)00149-X

30. Schmidt P.A. Picea abies (L.) H. Karst. Enzyklopädie der Holzgewächse. Erg. I. fg. 2002, vol. 28, no. 7, pp. 1–18.

31. Schmidt P.A. Picea obovata Ledeb. Enzyklopädie der Holzgewächse. Erg. I. fg. 2002, vol. 30, no. 12, pp. 1–13.

32. Schmidt-Vogt H. Studien zur morphologischen Variabilität der Fichte (Picea abies (L.) Karst.). 3. Der gegenwärtige Stand der Forschung zur morphologischen Variabilität der Fichte ‒ gesetzmässigkeiten und Theorien. Allgemeine Forst und Jagdzeitung, 1972, vol. 143, no. 11, pp. 221–240.

33. Staszkiewicz J. Zmiennos cszyszek swierka pospolitego (Picea abies (L.) Karst.) w Karpatach [Variability of Cones of Picea abies (Karst.) in Carpathian]. Fragmenta floristica et Geobotanica, 1976, vol. 22, no. 1-2, pp. 35–42.

34. Staszkiewicz J. The varianility of the cones of Picea abies (L.) Karst. in Bosnia and Herzehovina. Zbornik Radova Akademija nauka i umjetnosti. Bosne i Hercegovine, 1983, vol, 72, no. 21, pp. 221–229.

35. Tollefsrud M.M., Kissling R., Gugeril F., Johnsen Ø., Skrøppa T., Cheddadi R., van der Knaap W.O., Latałowa M., Terhürne‐Berson R., Litt T., Geburek T., Brochmann C., Sperisen C. Genetic Consequences of Glacial Survival and Postglacial Colonization in Norway Spruce: Combined Analysis of Mitochondrial DNA and Fossil Pollen. Molecular Ecology, 2008, vol. 17, iss. 18, pp. 4134–4150. DOI: 10.1111/j.1365-294x.2008.03893.x

Ссылка на английскую версию:

Phenotypic Structure of Spruce Populations in the European North of Russia

PHENOTYPIC STRUCTURE OF SPRUCE POPULATIONS IN THE EUROPEAN NORTH OF RUSSIA

Petr P. Popov, Doctor of Biology, Chief Research Scientist; ResearcherID: I-7762-2018,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0987-7402
Mariya N. Kazantseva, Candidate of Biology, Leading Research Scientist; ResearcherID: I-7753-
2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1227-6720
Stanislav P. Arefyev, Doctor of Biology, Chief Research Scientist; ResearcherID: I-7761-2018,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8621-9884
Institute of the Problems of Northern Development, Tyumen Scientific Centre SB RAS,
ul. Malygina, 86, a/ya 2774, Tyumen, 625003, Russian Federation; e-mail: ipospopov@mail.ru

Abstract. Spruce populations in the north of the European part of Russia have formed with traits, the population-geographic variability of which has not been sufficiently studied. The research purpose is to study on the basis of biometric parameters the phenotypic structure and geographic differentiation of spruce populations located north of the 60th parallel, as well as their relative position to European and Siberian spruces. Spruce is characterized here by a significant population-geographical diversity. The average length of cones in populations is within 44–85 mm, the coefficient of narrowing of the upper part of seed scales (Cn) is 36‒68, elongation coefficient (Cp) is 40‒60 %, and their difference (Cn‒Cp) is from ‒23 to +28 %. The coefficients of geographical variation are 15, 18, 12, and 61 %, respectively. By the value of the Cn‒Cp index, 6 groups of populations out of 9 (I‒IX) existing throughout the east of Europe and Siberia are distinguished, excluding the first three groups. There are intermediate phenotypes of individuals (f.emm., f.m., f.mms.) in groups IV, V and VI with the highest frequency (61, 72, 55 %), in groups VII, VIII and IX the highest frequency (71, 86, 98 %) is among Siberian spruce phenotypes (f.ms., f.mss., f.s.). The length of the cones varies significantly in the population groups: 70–80 mm on average in the first; 50–60 mm on average in the second. Population groups IV, V and VI represent an intermediate form of European and Siberian spruces and are distributed southwest of the conditional line between the rivers Pinega and Mezen to Syktyvkar. Groups VII, VIII and IX represent Siberian spruce and occupy the territory northeast of the specified line: the Arkhangelsk region, the territory of the Komi Republic, the Murmansk region and the northernmost part of Karelia. There are no populations representing European spruce in the region according to the studied characteristics. The results obtained can be used in the development of differentiated methods of forestry in the European North of Russia.
For citation: Popov P.P., Kazantseva M.N., Arefyev S.P. Phenotypic Structure of Spruce Populations in the European North of Russia. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal],
2021, no. 2, pp. 9–20. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-2-9-20
Funding: The research was carried out within the framework of the state assignment. Research work of the Tyumen Scientific Centre SB RAS, project No. АААА -А17-117050400146-5.

Keywords: spruce, phenotype, structure of population, variability, European North, Russia.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
The authors declare that there is no conflict of interest
Поступила 24.12.19 / Received on December 24, 2019