Воронежский государственный университет

Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Естествознание и гуманизм» (2005 год, Том 2, выпуск 5), под редакцией проф., д.б.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника

Многие из древесно-кустарниковых растений являются интродуцированными, поэтому их выживание зависит от всего комплекса факторов нового для них района, также соответствия их потребностям интродуцентов и степени приспособленности последних. Во всех случаях основное значение имеет устойчивость растения против факторов, лимитирующих его вегетацию – климатических и почвенных. В связи с этим успешность интродукции может сильно различаться в разных районах для различных видов.
Требования растений почве менее специфичны, чем к климату, а иногда играют решающую роль при интродукции. Неудачи с выращиванием интродуцентов часто объясняются неправильным выбором почвы (Базилевская, Мауринь, 1984). Свойства почв оказывают непосредственное влияние на рост и состояние интродуцентов, причем рост последних при благоприятных климатических условиях зависит только от почвенных факторов (Казимирова, Евтушенко, 2003). Хвойные породы особенно требовательны к почве: нуждаются в кислых почвах и чувствительны к содержанию в ней микроэлементо, что особенно выражено у инродуцентов, к которым относится ель колючая (форма голубая) – Picea pungens (Engelm) f. glauca Moench Voss. Небольшие изменения состава или кислотности почвы, аллелопатическое действие сопутствующи видов отражаются на интродуцентах сильнее, чем на аборигенных видах и нередко препятствуют адаптации (Базилевская, Мауринь, 1986).
Многие микроэлементы: Fe, Mn, Zn, Cu являются необходимыми питательными элементами, так как они участвуют в в жизненном цикле, являясь участниками метаболических реакций. К необходимым микроэлементам следует отнести также Co, Ni, Mo, Cr. Увеличение содержания микроэлементов в почве в результате процессов загрязнения переводит их в разряд токсичных элементов, часто называемых почв тяжелыми металлами (ТМ). В результате изменяется количественный и качественный состав почв. В связи с этим находящиеся там растения вынуждены приспосабливаться к новым почвенным условиям.
Почвы территории Ботанического сада ВГУ - выщелоченные черноземы, оподзоленные черноземы и темно-серые лесные, обладающие хорошими физико-химическими свойствами. Черноземы имеют тяжелый механический состав и среднее содержание гумуса, однако выщелоченный чернозем более гумусирован и обладает лучшими физико-химическими свойствами. Последние связаны с почвенным поглощающим комплексом, который играет важную роль в плодородии почвы. Обеспеченность подвижным фосфором (19,7 - 33,4 мг/ 100 г почвы) и обменным калием (20,0 - 46,5 мг/ 100 г почвы) высокая и очень высокая. Такое состояние почв и высокое значение рН обусловливает хорошую буферность почвы, ее большую поглотительную способность. Вредные ингредиенты, попадая в почвы адсорбируются на коллоидных частицах, переходя в хелатные, недоступные растениям формы. Соли тяжелых металлов хорошо адсорбируются и органическим веществом почвы. Все эти показатели, в конечном итоге, представляют собой барьер на пути накопления вредных ингредиентов в почвах. Поэтому и содержание подвижных форм большинства элементов невысокое (Джувеликян, 1999).
Почвы с высоким содержанием гумуса, тяжелым механическим составом и нейтральной реакцией среды обладают наибольшей буферностью (Жуковский, 1989). К таким видам почв можно отнести почвы, расположенные на территории Ботанического сада ВГУ. Данный район считается экологически чистым, который часто используют в качестве контрольного при мониторинговых исследованиях. Согласно А.И. Федоровой (2003), рекреационная зона, к которой относятся парк “Динамо” и район санатория им. Горького, характеризуется следующими показателями содержания ТМ в почвах: Pb - 6, 07 мг/кг сухой почвы, Cr - 1,38; Cu -0,55; Zn - 5,48; Ni - 0,87 соответственно. К рекреационной зоне с подобными характеристиками можно отнести и территорию Ботанического сада ВГУ.
Объектами исследований служили деревья ели колючей, произрастающие на территории Ботанического сада ВГУ. Для изучения цитогенетических показателей использовали клетки меристемы основания хвоинок, из которых готовили постоянные давленные препараты по стандартной методике.
При анализе цитогенетических показателей ели выявлено, что митотический индекс - МИ (с учетом профазы) составляет в среднем 14,4%, а МИ (без учета профазы) – 6,9%. Повышение МИ происходит за счет увеличения числа клеток в стадии профазы (50,2%). Это важный диагностический признак, характеризующий состояние насаждения. Нами отмечалось увеличение данного показателя и связанное с ним повышение МИ в условиях антропогенной нагрузки и у других древесных: сосны обыкновенной, дуба черешчатого, березы повислой. На стадии профазы трудно уловить какие-либо нарушения деления у видов, имеющих мелкие хромосомы, например березы или дуба. У растений с крупными хромосомами (сосны, ели) можно заметить нарушения митоза, поэтому мы подсчитывали ПМ с учетом (3,8%) и без учета профазы (7,3%). Мы связываем нарушения деления у ели с комплексным действием природно-климатических, антропогенных факторов и интродукции. Но уровень ПМ не превышал критический. Поскольку Ботанический сад ВГУ расположен вдалеке от автодорог и промышленных предприятий, но также испытывает антропогенную нагрузку г. Воронежа, который входит в десятку городов, имеющих наибольшее количество автотранспорта (который составляет 85% от общего загрязнения города). Выхлопные газы содержат более 200 компонентов, главными из которых являются ТМ: свинец, кадмий, никель, хром и др.
Никель имеет сходное распространение с другим металлом, также имеющим небольшую атомную массу - железом. Именно с относительно невысокой атомной массой по сравнению с другими металлами связывают повышенное накопление Ni и Fe на некотором удалении от транспортных магистралей, так как эти металлы способны переноситься с током воздуха на более значительные расстояния, чем, например, Рb и Cd (Федорова, 2003). К подобным территориям с повышенным содержанием Ni, Рb и др. ТМ относят исследуемый нами Центральный район г. Воронежа, в котором находится Ботанический сад ВГУ.
В условиях стресса у растений чаще появляются новые мутации, чем в естественных условиях, которые в совокупности с уже имеющимися нарушениями генетического аппарата могут проявляться у последующих поколений. В этой связи целесообразно изучать цитогенетические показатели у семенного потомства, которое и является следующим поколением, и в нем обнаруживаются хромосомные аберрации и даже летальные мутации. Наличие последних можно проследить при учете всхожести и энергии прорастания по количеству жизнеспособных и нежизнеспособных семян и общему количеству семян в плодах. Малое число (единичные семена) в шишках, как мы наблюдали у ели, свидетельствует о значительном влиянии внешних факторов на материнские растения. Это могут быть биотические факторы (нежизнеспособность пыльцы, связанная с нарушениями в системе цветения и плодоношения, недостаточность опыления), которые в свою очередь зависят от абиотических (природно-климатических факторов, антропогенных, почвенных условий). Действие последних направлено на генетический аппарат клетки. Нежизнеспособность пыльцы также может быть связана с комплексным влиянием внешних факторов. Плохой опыляемости у ветроопыляемых растений , к которым относятся хвойные, способствуют неблагоприятные природно-климатические условия: засушливая погода, малое количество влаги, отмеченное в последние годы, общее ухудшение экологической ситуации. Хотя низкое число семян является существенной эколого-биологической характеристикой состояния насаждения, оно создает трудности при цитогенетическом изучении древесных растений (недостаток материала). В этом случае целесообразнее использовать в исследованиях цитогенетических особенностей материнских растений меристему распускающихся листьев. Жизнеспособность семян также считается важной эколого-биологическим показателем, характеризующим степень приспособленности древесных к окружающей обстановке, сочетанию природно-климатических и антропогенных факторов, степени их влияния на материнские растения и их семенное потомство. Поскольку при неблагоприятных условиях значительно снижена всхожесть, повышается процент нежизнеспособных семян, это уже является цитогенетической характеристикой, отражающей элиминацию определенных генотипов. В этом случае следует рассматривать популяционные показатели и популяцию в целом: каковы стратегии ее адаптации, на какие признаки направлен отбор, имеется ли тенденция к увеличению продуктивности, стимуляция или отмечается замедленный тип развития. Последний, однако, является хорошим приспособлением к загрязнению, поскольку направлен на отбор в популяции особей, у которых уменьшается количество цитогенетических нарушений из-за увеличения времени на репарацию повреждений хромосом.
Таким образом, растение-интродуцент в условиях увеличения рекреационной нагрузки испытывает стресс. Можно предположить, что здесь играет роль комплекс природно-климатических, антропогенных факторов интродукции, и само загрязнение. Подтверждением тому служит значения цитогенетических характеристик: увеличение числа профазных клеток, показывающее депрессию митотической активности и возрастание количества нарушений.

Список литературы:
1.    Базилевская Н.А., Мауринь А.М. Интродукция растений. Теории и практические приемы: Учебное пособие. – Рига: ЛГУ им. П. Стучки, 1984. - 91 с.
2.    Базилевская Н.А., Мауринь А.М. Интродукция растений. Экологические и физиологические основы: Учебное пособие. –Рига: ЛГУ им. П. Стучки, 1986. - 107 с.
3.    Джувеликян Х.А. Экология и человек. Воронеж: ВГУ, 1999. 264 с.
4.    Жуковский Е.Е. Принятие решений на неоднородных по почвенно-климатическим условиям сельскохозяйственных территориях // Tag-Beri. Akad. Landwirts. - Wiss. DDR. Berlin, 1989. Bd. 75. S.291-299.
5.    Казимирова Р.Н., Евтушенко А.П. Значение эдафического фактора при интродукции хвойных на южном берегу Крыма // Бюллетень Главного ботанического сада. – М.: Наука, 2003. – вып.186. – С. 26-31.
6. Федорова А.И., Шунелько Е.В. Загрязнение поверхностных горизонтов почв г. Воронежа тяжелыми металлами // Вестник ВГУ. Серия география и геоэкология. - 2003.- №1. - С. 74 - 82.