Морфобиологический анализ представителей рода Lilium (Liliaceae) в северной лесостепи Западной Сибири

УДК

630*161(581.4)

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.4.74

Аннотация

В связи с антропогенной нагрузкой возникает угроза сокращения ареала сибирских и дальневосточных видов лилий. Одним из приемов сохранения отечественного природного генофонда Lilium служит их возделывание ex situ. Цель работы заключалась в анализе биоморфологических особенностей представителей рода Lilium L. в условиях северной лесостепи Западной Сибири. Получены результаты оценки морфобиологических особенностей следующих видов: L. pilosiusculum, L. regale, L. pumilum, L. pensylvanicum, L. callosum. Определены сроки цветения и суммы положительных (выше 0 °С), эффективных (выше 5 °С), активных (выше 10 °С) температур, которые необходимы для наступления таких фенофаз развития, как отрастание, бутонизация, цветение, плодоношение. Начало отрастания L. pilosiusculum, L. regale, L. pumilum, L. pensylvanicum, L. callosum наступало в первой-второй декадах мая, их цветение – в разные сроки: с третьей декады июня по третью декаду июля – у L. pumilum, в июне – у L. pensylvanicum, со второй декады июля по вторую декаду августа – у L. callosum, с третьей декады июля по первую декаду августа – у L. pilosiusculum, с третьей декады июля по вторую декаду августа – у L. regale. Критерием начала цветения видов служит сумма активных температур, характерных для данного региона. Отмечена разная способность видов к плодоношению в зависимости от гидротермических условий вегетационного периода. Результаты показали, что у вида местной флоры L. pilosiusculum максимальный размер высоты побега достигал более 100 см, виды L. callosum, L. рumilum, L. pensylvanicum и L. regale имели низкорослые побеги (менее 60 см). Максимальным числом цветков в соцветии и показателями цветочной продуктивности характеризовались L. pilosiusculum и L. regale. Впервые выявлена индикаторная роль в листьях основных пигментов фотосинтетического аппарата (хлорофиллов а и b и каротиноидов) в течение сезонного развития. Установлено, что наиболее значимые показатели физиологического состояния растений – содержание в листьях хлорофилла а, b и каротиноидов. Их количество в листьях зависело от фенологических фаз развития. В период бутонизации содержание каротиноидов возрастало, концентрация хлорофилла а была больше концентрации хлорофилла b на всех фазах вегетации, отношение хлорофилла а/b находилось в пределах нормы и колебалось от 2,189 до 3,225 мг/г сырой массы, значение а+b/каротиноиды у видов уменьшалось к периоду плодоношения. Установленные изменения в составе пигментного комплекса можно рассматривать в качестве индикаторов механизма адаптации видов к условиям внешней среды. Полученные в ходе исследования результаты необходимы для рационального использования лилий в реинтродукционной работе, развитие которой особенно актуально для Сибири.
Финансирование: Работа выполнена в рамках государственных заданий:
1. Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН АААА-А17-117041410053-1 (проект № 0352-2016-0002) «Оценка состояния и охрана флористического разнообразия под влиянием антропогенных и техногенных факторов in situ и ex situ». На базе УНУ Интродукционный фонд КузБС № USU 508670.
2. Центрального сибирского ботанического сада СО РАН по проекту № АААА-А17-1170126100053-9 «Выявление путей адаптации растений к контрастным условиям обитания на популяционном и организменном уровнях».

Сведения об авторах

О.О. Вронская¹, канд. биол. наук; ORCID: 0000-0001-8718-9448
Л.Л. Седельникова², д-р биол. наук; ORCID: 0000-0002-1122-2421
¹Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН, просп. Ленинградский, д. 10, г. Кемерово, Россия, 650065; e-mail: oksana_vronski@mail.ru
²Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, ул. Золотодолинская, д. 101, г. Новосибирск, Россия, 630090; e-mail: lusedelnikova@yandex.ru

Ключевые слова

лилии, адаптационная способность, морфобиологические особенности, хлорофиллы a и b, каротиноиды, Западная Сибирь

Для цитирования

Вронская О.О., Седельникова Л.Л. Морфобиологический анализ представителей рода Lilium (Liliaceae) в северной лесостепи Западной Сибири // Лесн. журн. 2019. № 4. С. 74–83. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.74

Литература

1. Вронская О.О. Морфологические особенности рода Lilium L. при интродукции в Кузбасском ботаническом саду // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 6. Режим доступа: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=23469 (дата обращения: 07.02.2019).
2. Гулинова Н.В. Методы агроклиматической обработки наблюдений: учеб. пособие. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 151 с.
3. Завадская Л.В. Селекция лилий в ЦБС НАН Беларуси // Современные направления деятельности ботанических садов и держателей ботанических коллекций по сохранению биоразнообразия растительного мира: материалы Междунар. конф., посвященной 100-летию со дня рождения акад. Н.В. Смольского, Минск, 27–29 сент. 2005 г. Минск: Эдит ВВ, 2005. С. 241–244.
4. Кикоть Л. История создания и современное состояние коллекции лилии отдела цветочно-декоративных растений НБС НАН Украины // Современные направления деятельности ботанических садов и держателей ботанических коллекций по сохранению биоразнообразия растительного мира: материалы Междунар. конф., посвященной 100-летию со дня рождения акад. Н.В. Смольского, Минск, 27–29 сент. 2005 г. Минск: Эдит ВВ, 2005. С. 99–100.
5. Красная книга Кемеровской области. Т. 1. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды дикорастущих растений и грибов. Кемерово: Азия принт, 2012. 206 с.
6. Малышев Л.И., Доронькин В.М., Зуев В.В. и др. Конспект флоры Азиатской России: Сосудистые растения / под ред. К.С. Байкова. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. 640 с.
7. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур: Декоративные культуры. М.: Колос, 1968. Вып. 6. 223 с.
8. Методика фенологических наблюдений в ботанических садах СССР. М.:
Наука, 1975. 27 с.
9. Шлык А.А. Биосинтез хлорофиллового аппарата // Современные проблемы фотосинтеза: [Материалы сессии. 17–18 нояб. 1971 г.]. М.: Изд-во МГУ, 1973. C. 85–108.
10. Baker J.G. A New Synopsis of All the Known Lilies // The Gardener's Chronicle and Agricultural Gazette. 1871. Pp. 104.
11. Byung Lim K., Younis A., Taek Park J., Jung Hwang Y. Exploitation of Diversity for Morphological Traits in Lilium tsingtauense under Different Habitats // Notulae Scientia Biologicae. 2014. Vol. 6, no. 2. Pp. 178–184. DOI: 10.15835/nsb629347
12. Güven S., Okur S., Demırel M., Coskuncelebi K., Makbul S., Beyazoğlu O. Pollen Morphology and Anatomical Features of Lilium (Liliaceae) Taxa from Turkey // Biologia. 2014. Vol. 69, iss. 9. Pp. 1122–1133. DOI: 10.2478/s11756-014-0416-2
13. Inamoto K., Nagasuga K., Yano T., Yamazaki H. Influence of Light Intensity on the Rate of Photosynthesis and Dry Matter Accumulation in Oriental Hybrid Lily ‘Siberia’ at Different Developmental Stages // The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 2015. Vol. 90, iss. 3. Pp. 259–266. DOI: 10.1080/14620316.2015.11513180
14. Jeong J.H., Kim K.S. Morphological Characteristics of Korean Native Lilies // Journal of the Korean Society for Horticultural Science. 1991. Vol. 32, iss. 3. Pp. 411–418.
15. Lichtenthaler H.K., Wellburn A.R. Determinations of Total Carotenoids and Chlorophyll a and b Leaf Extracts in Different Solvents // Biochemical Society Transactions. 1983. Vol. 11, iss. 5. Pp. 591–592. DOI: 10.1042/bst0110591
16. Lim K.-B., Van Tuyl J.M. Lily // Flower Breeding and Genetics / ed. by N.O. Anderson. Netherlands: Springer, 2006. Pp. 517–537. DOI: 10.1007/978-1-4020-4428-1
17. Zhang Y.J., Yan F., Gao H., Xu Y.Z., Guo Y.Y., Wang E.J., Li Y.H., Xie Z.K. Chlorophyll Content, Leaf Gas Exchange and Growth of Oriental Lily as Affected by Shading // Russian Journal of Plant Physiology. 2015. Vol. 62, iss. 3. Pp. 334–339. DOI: 10.1134/S1021443715030206

Поступила 06.02.19

Ссылка на английскую версию:

Morphological Analysis of the Genus Lilium (Liliaceae) in the Northern Forest Steppe of Western Siberia

UDC 630*161(581.4)
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.74

Morphological Analysis of the Genus Lilium (Liliaceae) in the Northern Forest Steppe of Western Siberia

O.O. Vronskaya¹, Candidate of Biology; ORCID: 0000-0001-8718-9448
L.L. Sedelnikova², Doctor of Biology; ORCID: 0000-0002-1122-2421
¹Federal Research Center of Coal and Coal Chemistry, SB RAS, prosp. Leningradskiy, 10, Kemerovo, 650065, Russian Federation; е-mail: oksana_vronski@mail.ru
²Central Siberian Botanical garden, SB RAS, ul. Zolotodolinskaya, 101, Novosibirsk, 630090, Russian Federation; е-mail: lusedelnikova@yandex.ru

Due to anthropogenic load there is a risk of area reduction of Siberian and Far Eastern species of lilies. One of the methods for preserving the native natural gene pool of Lilium is their cultivation ex situ. The research purpose involved analysis of the biomorphological features of the representatives of the genus Lilium L. in the conditions of the northern forest steppe of Western Siberia. The results of morphobiological features evaluation were obtained for the following species: L. pilosiusculum, L. regale, L. pumilum, L. pensylvanicum, L. callosum. Time of flowering and sum of positive temperatures (above 0 °C), effective temperatures (above +5 °C) and active temperatures (above +10 °C) were determined. They are necessary for the onset of developmental phenophases such as regrowth, budding, flowering and fruiting. The beginning of regrowth of L. pilosiusculum, L. regale, L. pumilum, L. pensylvanicum and L. callosum occurred in the first or second decades of May. Flowering started at different times: from the third decade of June to the third decade of July – L. pumilum; in June – L. pensylvanicum; from the second decade of July to the second decade of August – L. callosum; from the third decade of July to the first decade of August – L. pilosiusculum; from the third decade of July to the second decade of August – L. regale. The criterion for the onset of species flowering is the sum of active temperatures typical for the region. There is a different ability of the species to fruiting, depending on hydrothermal conditions of the vegetation period. The results showed that the local flora species L. pilosiusculum had the maximum height of shoot reached more than 100 cm; while L. callosum, L. рumilum, L. pensylvanicum and L. regale had stunted shoots (less than 60 cm). L. pilosiusculum and L. regale had the maximum number of flowers in inflorescence and indicators of flower productivity. The indicator role of the main pigments of the photosynthetic apparatus (chlorophylls a and b, carotenoids) in the leaves during seasonal development was established for the first time. It was found that the most significant indicators of the physiological state of plants were the content of chlorophyll a and b, and carotenoids in the leaves. Their amount depended on the phenological phases of development. During budding, the carotenoid content increased, the concentration of chlorophyll a was greater than the concentration of chlorophyll b at all vegetation phases, the ratio between chlorophyll a and b was within the normal limits and ranged from 2.189 to 3.225 mg/g of raw weight, the value of a+b/carotenoids in species decreased by the time of fruiting. The determined changes in the pigment complex composition can be considered as indicators of the adaptation mechanism of species to environmental conditions. The obtained results are necessary for the rational use of lilies in the reintroduction work, the development of which is especially important in Siberia.
For citation: Vronskaya O.O., Sedelnikova L.L. Morphological Analysis of the Genus Lilium (Liliaceae) in the Northern Forest Steppe of Western Siberia. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 4, pp. 74–83. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.74
Funding: The research was carried out within the framework of the state assignments of: 1. The Federal Research Center of Coal and Coal Chemistry, SB RAS, АААА-А17-117041410053-1 (project no. 0352-2016-0002) “Status Assessment and Protection of Floristic Diversity under the Influence of Anthropogenic and Technogenic Factors in situ and ex situ” based on the Unique Scientific System “Introduction Fund of KuzBS” USU 508670.
2. The Central Siberian Botanical garden, SB RAS, project no. АААА-А17-1170126100053-9 “Revealing the Ways of Plants’ Adaptation to Contrastive Habitat Conditions at the Population and Organismic Levels”.
Keywords: lilies, adaptive capacity, morphobiological features, chlorophylls a and b, carotenoids, Western Siberia.

REFERENCES

1. Vronskaya O.O. Morphological Features of the Genus Lilium L. at Introduction in the Kuzbass Botanical Garden. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern problems of science and education], 2015, no. 6. Available at: http://www.scienceeducation.ru/ru/article/view?id=23469 (Accessed 07.02.19).
2. Gulinova N.V. Methods of Agroclimatic Processing of Observations: Educational Textbook. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1974. 151 p.
3. Zavadskaya L.V. Lilies Selection in the Central Botanical Garden of the National Academy of Sciences of Belarus. Current Trends in the Activity of Botanical Gardens and Holders of Botanical Collections for the Conservation of Biodiversity of the World’s Flora: Proceedings of the Int. Conf. Dedicated to the 100th Anniversary of Academician N.V. Smol’skiy, Minsk, September 27–29, 2005. Minsk, Edit VV Publ., 2005, pp. 241–244.
4. Kikot’ L. History and Current State of the Collection of Lilies of the Department of Flower and Ornamental Plants of the National Botanical Garden of the National Academy of Sciences of Ukraine. Current Trends in the Activity of Botanical Gardens and Holders of Botanical Collections for the Conservation of Biodiversity of the World’s Flora: Proceedings of the Int. Conf. Dedicated to the 100th Anniversary of Academician N.V. Smol’skiy, Minsk, September 27–29, 2005. Minsk, Edit VV Publ., 2005, pp. 99–100.
5. The Red Book of Kemerovo Region. Vol. 1. Rare and Endangered Species of Wild Plants and Fungi. Kemerovo, Aziya print Publ., 2012. 206 p.
6. Malyshev L.I., Doron’kin V.M., Zuev V.V. et al. Compendium of the Flora of Asian Russia: Vascular Plants. Ed. by K.S. Baykov. Novosibirsk, SB RAS Publ., 2012. 619 p.
7. Procedure of State Strain Testing of Agricultural Crops: Ornamental Crops. Moscow, Kolos Publ., 1968, iss. 6. 223 p.
8. Procedure of Phenological Observations in the Botanical Gardens of the USSR. Moscow, Nauka Publ., 1975. 27 p.
9. Shlyk A.A. Biosynthesis of the Chlorophyll Apparatus. Current Issues of Photosynthesis: Proceedings of the Session. November 17–18, 1971. Moscow, MSU Publ., 1973, pp. 85–108.
10. Baker J.G. A New Synopsis of All the Known Lilies. The Gardener’s Chronicle and Agricultural Gazette, 1871, pp. 104.
11. Byung Lim K., Younis A., Taek Park J., Jung Hwang Y. Exploitation of Diversity for Morphological Traits in Lilium tsingtauense under Different Habitats. Notulae Scientia Biologicae, 2014, vol. 6, no. 2, pp. 178–184. DOI: 10.15835/nsb629347
12. Güven S., Okur S., Demırel M., Coskuncelebi K., Makbul S., Beyazoğlu O. Pollen Morphology and Anatomical Features of Lilium (Liliaceae) Taxa from Turkey. Biologia, 2014, vol. 69, iss. 9, pp. 1122–1133. DOI: 10.2478/s11756-014-0416-2
13. Inamoto K., Nagasuga K., Yano T., Yamazaki H. Influence of Light Intensity on the Rate of Photosynthesis and Dry Matter Accumulation in Oriental Hybrid Lily ‘Siberia’ at Different Developmental Stages. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 2015, vol. 90, iss. 3, pp. 259–266. DOI: 10.1080/14620316.2015.11513180
14. Jeong J.H., Kim K.S. Morphological Characteristics of Korean Native Lilies. Journal of the Korean Society for Horticultural Science, 1991, vol. 32, iss. 3, pp. 411–418.
15. Lichtenthaler H.K., Wellburn A.R. Determinations of Total Carotenoids and Chlorophyll a and b Leaf Extracts in Different Solvents. Biochemical Society Transactions, 1983, vol. 11, iss. 5, pp. 591–592. DOI: 10.1042/bst0110591
16. Lim K.-B., Van Tuyl J.M. Lily. Flower Breeding and Genetics. Ed. by N.O. Anderson. Netherlands, Springer, 2006, pp. 517–537. DOI: 10.1007/978-1-4020-4428-1
17. Zhang Y.J., Yan F., Gao H., Xu Y.Z., Guo Y.Y., Wang E.J., Li Y.H., Xie Z.K. Chlorophyll Content, Leaf Gas Exchange and Growth of Oriental Lily as Affected by Shading. Russian Journal of Plant Physiology, 2015, vol. 62, iss. 3, pp. 334–339. DOI: 10.1134/S1021443715030206

Received on February 06, 2019