Морфобиологические особенности видов и сортов SPIRAEA L. при интродукции в условиях лесостепи Алтайского края (стр. 1 )

На правах рукописи

крапивко Екатерина Николаевна

морфобиологические особенности видов и сортов SPIRAEA L. при интродукции в условиях лесостепи алтайского края

– ботаника

автореферат

диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук

Барнаул – 2012

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Научно-исследовательском институте садоводства Сибири имени Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ НИИСС Россельхозакадемии)

Научный руководитель:	доктор биологических наук, профессор
Официальные оппоненты:	, д-р. биол. наук, старший научный сотрудник УРАН «Центральный сибирский ботанический сад» СО РАН
	, канд. биол. наук, доцент кафедры ботаники ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет»
Ведущая организация:	ГОУ ВПО «Томский государственный университет»

Защита состоится «11» мая 2012 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.005.10 по защите докторских и кандидатских диссертаций при ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет» г. Барна; ; , (38

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный университет».

Автореферат разослан «10» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент

общая характеристика работы

Актуальность темы. Род Spiraea L. (таволга, спирея) относится к семейству Rosaceae Juss., подсемейству Spiroideae Agardh., который состоит из 80-100 видов (Редер, 1949; Чаховский, Орленок, 1985). На территории России в естественных условиях произрастает 22 вида, на территории Азиатской России – 18 (Деревья и кустарники СССР, 1954; Коропачинский, Встовская, 2002). Род делится на 3 (Редер, 1949; Колесников, 1974) – 4 секции (Чаховский, Орленок, 1985). Виды рода Spiraea распространенны преимущественно в лесостепной, степной и полупустынной зонах и в субальпийском поясе гор северного полушария (Цветковые растения, 1981).

В мире Spiraea ценятся за неприхотливость, декоративные (длительное цветение, разнообразие морфологических признаков) (Bruns Pflanzen, 2006; Александрова, 2009; Fan, Wang, 2011), лекарственные, медоносные, кормовые и другие полезные свойства (Растительные ресурсы…, 1987; Kim et al., 1999; Дикорастущие полезные…, 2001; Morita et al., 2005; Yoshida et al., 2008; Коропачинский, 2010; Кочергина, Пожидаева, 2010). Хорошо переносят обрезку и пересадку, быстро растут (Галактионов, 1963).

В ботанических садах России (Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Томск, Иркутск, Абакан и др.) поддерживаются коллекции от 18 до 69 видов и сортов Spiraea (Макридин, 2005; Кузеванов, Сизых, 2005; Лиховид, 2007; Встовская, Коропачинский, 2008). В настоящее время отдают предпочтение интродукции сортов с махровыми цветками, окрашеннолистные и с ремонтантным цветением, компактные и низкорослые (Древесные растения, 1982; Растения открытого грунта…, 2002; Немова, 2005; Макридин и др., 2005; Карпун, 2008).

В условиях лесостепи Алтайского края в ГНУ НИИСС им. Россельхозакадемии (НИИСС) в озеленительный ассортимент включены: S.hypericifolia L., S. crenata L., S. chamaedryfolia L., S. salicifolia L., S. trilobata L., S. latifolia (Ait.) Borckh., S. japonica Sieb., S. betulifolia Pall., S. bumalda Burv., S. media Fr. Schmidt, S. japonica 'Alpina', S. japonica 'Plena', S. cinerea 'Grefscheim'. В настоящее время в НИИСС на первичном изучении находятся 14 видов и сортов из секций Calospira, Chamaedryon, отличающиеся по морфологическим признакам от ранее рекомендованных. Актуально изучение их зимостойкости и выделение наиболее перспективных для озеленительного ассортимента Алтайского края.

Цель работы – изучить морфобиологические и репродуктивные особенности видов и сортов Spiraea при интродукции в лесостепи Алтайского края, рекомендовать наиболее декоративные в зональный ассортимент.

Задачи: 1. Оценить степень зимних повреждений видов и сортов Spiraea.

2.  Выявить ритмы роста и развития.

3.  Установить изменчивость морфологических признаков.

4.  Изучить некоторые особенности репродуктивной биологии при интродукции: качество семян, зеленое черенкование.

5.  Оценить перспективность интродукции и декоративность видов и сортов Spiraea в условиях лесостепи Алтайского края и дать рекомендации по выращиванию.

Защищаемые положения: 1. Адаптационный потенциал видов и сортов Spiraea достаточно высок и даже после зимних повреждений в условиях короткого вегетационного периода Алтайского края они способны сохранять свойственные им ритмы роста и развития.

2. Успешность интродукции видов и сортов Spiraea выражается в высокой побегообразовательной способности 14 культиваров и способности формировать качественные семена у S. fritschiana Schneid. и 7 сортов S. japonica.

3. Рекомендуемый ассортимент Spiraea для условий лесостепи Алтайского края обеспечивает продолжительный декоративный эффект.

Научная новизна. Впервые в условиях лесостепи Алтайского края для 14 видов и сортов Spiraea установлены особенности зимних повреждений, ритмов роста и развития, продолжительность декоративного периода, изменения параметров морфологических признаков в связи с генотипом, возрастом и погодными условиями года. Установлены способность образовывать семена высокого качества у S. fritschiana и 7 сортов S. japonica, и вегетативная продуктивность 8 сортов S. japonica, S. nipponica 'Halward’s Silver', и S. fritschiana. Для 5 видов S. japonica, S. fritschiana, S. nipponica 'Halward’s Silver' и S.×bumalda 'Crispa' установлены параметры растений в однолетнем и двулетнем возрасте после черенкования. Проведена оценка перспективности интродукции и декоративности изучаемых видов и сортов.

Практическое значение. В ассортимент рекомендованы: 2 сорта S. japonica – карликовые с зеленой и зелено-желтой окраской листвы в летний период, 7 сортов S. japonica, S. nipponica 'Halward’s Silver' и S.×bumalda 'Crispa' – среднерослые с различным оттенками зеленого, желтого и малинового цвета листвы, меняющиеся 2-3 раза за сезон и S.×margaritae Zbl., S. fritshiana, S. japonica 'Macrophylla' – высокорослые с яркой окраской осенью; 2 таксона –продолжительно цветущие (50–100 дней и более). Выявлена возможность селекции S. fritschiana и 7 сортов S. japonica, образовавших семена. Установлена схема посадки маточников и их вегетативная продуктивность, окореняемость черенков и габитусы 1-2-летних саженцев.

Личный вклад соискателя. Результаты исследований, представленные в диссертации, получены соискателем лично в НИИСС. В 2011 г. автор удостоен диплома за лучшую законченную научную разработку на конкурсе законченных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ученых Сибирского регионального отделения Россельхозакадемии.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований были представлены на конференциях: «Аграрная наука – сельскому хозяйству» (Барнаул, 2010); «Декоративное садоводство Сибири: проблемы и перспективы» (Барнаул, 2010); «Коняевские чтения», посвященная памяти д. с.-х. наук, профессора и 70-летию агрономического факультета (Екатеринбург, 2010); «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии» (Барнаул, 2011); «Проблемы сохранения растительного мира Северной Азии и его генофонда» (Новосибирск, 2011); «Генетические ресурсы культурных растений и их диких сородичей в селекции на экологическую устойчивость» (Москва, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 6 научных статей, в том числе 2 статьи в рецензируемых изданиях.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 155 страницах, содержит 26 таблиц, 59 рисунков, 4 приложения. Работа состоит из введения, 6 глав, выводов и практических рекомендаций. Библиографический список включает 280 наименований, в том числе 55 на иностранных языках.

Глава 1. ОБЩИЕ МОРФОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
РОДА SPIRAEA L.

Первая глава посвящена литературному обзору и состоит из 8 разделов, в которых приведены данные по систематике, географии и экологии рода (Тахтаджян, 1987; Цвелёв, 2000; Флора Центральной Сибири, 1979; Коропачинский, 2002). Представлена характеристика рода (Качалов, 1970; Галактионов, 1963; Чаховский, Орленок, 1985; Коновалова, 2004) и его классификация (Yü, Kuan, 1963; Славкина, 1972). История интродукции за рубежом, в России и в Сибири (Лучник, 1970; Встовская, Коропачинский, 2005; Макрдин и др., 2005; Баранова, 2010). Биологические особенности видов рода Spiraea (Лучник, 1988; Мартынов, 1982, 2010; Смирнов, 2003; Bruns Pflanzen, 2006; Денисов и др., 2011; Fan, Wang, 2011). Устойчивость к вредителям и болезням (Томошевич, Воробьева, 2010). Особенности репродуктивной биологии (Бондорина, Сапелин, 2004; Левицкая, Самошкин, 2007, 2009; Окунева, 2009; Цепляев, 2010). Народнохозяйственное значение (Yoshida et al., 2008; Кривошеев и др., 2009, 2011; Карпова и др., 2011 и др.).

Глава 2. Условия, объекты и методика исследований

Климат лесостепной зоны Алтайского края характеризуется частыми ветрами, неравномерным выпадением осадков, низкой температурой воздуха зимой. Колебания среднесуточной температуры весной, осенью составляют 10-11°С. Вегетационный период длится 163, безморозный 120 дней. За год выпадает 400-500 мм осадков, за вегетационный период – 250-350 мм. Положительными факторами климата являются: сравнительно большая сумма летнего тепла и солнечного сияния, ранний и мощный снежный покров (35-45 см), достаточная влагообеспеченность в июле-августе (115-120 мм).

Объекты исследований гг.: из секции Calospira – 10 сортов S. japonica ('Gold Flame', 'Gold Mound', 'Shirobana', 'Albiflora', 'Magic Carpet', 'Golden Princess', 'County Red', 'Dvaror', 'Ruberrima', 'Macrophylla'), S. fritschiana, S.×bumalda 'Crispa', S.×margaritae; Chamaedryon – S. nipponica 'Halward's Silver'.

В работе были использованы методики: фенологические наблюдения и описание зимних повреждений (в период интенсивного роста побегов) (Лучник, 1964; Соловьева, 1967), качество семян (ГОСТ 13056.6-97 «Семена деревьев и кустарников: метод определения всхожести»), вегетативное размножение древесных растений (Хромова, 1985), число растений, необходимых для морфологических анализов (Еременко, 1975), декоративность по (1976), Н. А Коляда (2011). Последняя изменена применительно к роду Spiraea. Вместо баллов за размер цветка, размер листовой пластинки и форму листьев добавлены баллы за весеннюю и летнюю окраску листвы. Перспективность интродукции по (1973). Характеристика погодных условий по данным метеопоста НИИСС. Статистическая обработка экспериментальных данных проведена по (1974), в программе MS Excel .

Глава 3. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

ВИДОВ И СОРТОВ SPIRAEA L.

3.1 Зимние повреждения побегов

Самой теплой была зима 2006/2007 г.; сумма отрицательных температур на 490,6°С меньше нормы. Был зарегистрирован один морозный день с температурой -26,5°С. Самой холодной была зима 2009/2010 г.; сумма отрицательных температур составила -2353,2°С, что на 630,2°С холоднее среднемноголетней. Зарегистрировано 49 морозных дней. Абсолютный минимум зимы составил -39,5°С в I декаде января при высоте снежного покрова 71,9 см.

Все виды и сорта Spiraea L. независимо от суровости зимы во все годы наблюдений имели различные повреждения от 2 до 6 баллов (табл. 1). Семь видов и сортов в самую холодную зиму имели повреждения однолетних и многолетних ветвей, шесть – обмерзли до уровня почвы, но в течении вегетационного периода восстановились и цвели, S.×margaritae – ежегодно обмерзала до уровня почвы, но также восстанавливалась и цвела ежегодно.

Наиболее зимостойкими (обмерзали концы однолетних побегов, 2 балла) оказались сорта S. japonica: 'Dvaror' и 'Golden Princess', S. fritshiana, S. nipponica 'Halward’s Silver'; среднезимостойкими (обмерзают однолетние и многолетние ветви, 4 балла) – сорта S. japonica: 'Albiflora', 'County Red', 'Gold Flame', 'Gold Mound', 'Magic Carpet', 'Shirobana'; незимостойкими (обмерзают до уровня

Таблица 1

Подмерзание видов и сортов Spiraea L., 2006 – 2011 гг.

Вид, сорт	2006/2007 г.	2007/2008 г.	2008/2009 г.	2009/2010 г.	2010/2011 г.
Сорта S. japonica
'Albiflora'	2	2	3	6	1
'County Red'	3	2	2	6	6
'Dvaror'	2	2	0	2	1
'Gold Flame'	2	2	2	2	3
'Gold Mound'	2	2	3	2	3
'Golden Princess'	0	2	3	2	2
'Macrophylla'	нн	нн	2	6	6
'Magic Carpet'	2	2	2	4	3
'Ruberrima'	6	6	3	6	3
'Shirobana'	2	2	3	6	3
Виды и сорта
S.×bumalda 'Crispa'	нн	нн	2	6	6
S. fritshiana	нн	нн	2	2	1
S.×margaritae	6	6	6	6	6
S. nipponica 'Halward’s Silver'	0	2	3	2	2

нн – наблюдения не проводились

почвы, 6 баллов) – сорта S. japonica: 'Macrophylla' и 'Ruberrima', S.×bumalda 'Crispa', S.×margaritae.

3.2 Ритмы сезонного развития

Все вегетационные периоды были недостаточно благоприятными для растений ввиду их недостаточной увлажненности. Но это компенсировалось поливами.

Начало вегетации (рис. 1) у видов и сортов Spiraea отмечалось с 21.04±4 (S. japonica 'Golden Princess') по 27.05±19 (S.×margaritae) при сумме эффективных температур 43,6–310,5°С и сумме положительных температур – 113,5–544,5°С. Самое раннее начало вегетации (16.04) наблюдалось в 2009 г. у сортов S. japonica: 'County Red', 'Dvaror', 'Golden Princess' и в 2011 г. у S. fritschiana. Самое позднее распускание вегетативных почек (7.06) было у S.× margaritae в 2010 г. Практически у всех видов и сортов (за исключением сортов S. japonica: 'Gold Mound', 'Ruberrima') самое позднее распускание вегетативных почек было в 2010 г., что связано с суровой зимой 2009/2010 г. Начало вегетации зависит не только от перезимовки и состояния куста после зимы, но и от индивидуальной потребности таксона в тепле.

Зацветание видов и сортов Spiraea проходило с 6.06±5 (S. nipponica 'Halward’s Silver') по 26.07±8 (S.×margaritae). Самое раннее начало цветения (2.06) наблюдалось у S. nipponica 'Halward’s Silver' в 2008 и 2011 гг. Самое позднее (3.08) наблюдалось в 2010 г. у S. japonica 'Macrophylla' и S.×margaritae.

Конец цветения наблюдался с 21.06±3 (S. nipponica 'Halward’s Silver') по 28.08±13 (S.×margaritae). Самая ранняя дата окончания цветения (16.06) была в 2008 г. у S. nipponica 'Halward’s Silver', а самая поздняя (15.09) – у S. japonica 'Golden Princess' в 2011 г.

Продолжительность цветения сортов S. japonica в среднем составляла 23,3±2,3 – 57,3±16 дней, S. fritschiana цвела 33,3±9,4 дня, S.×margaritae – 32,3±3,3 дня, S.×bumalda 'Crispa' – более 100 дней, часто до выпадения снега.

Начало окрашивания листьев наблюдалось с 10.09±4 (S. japonica 'Ruberrima') по 29.09±2 (S.×bumalda 'Crispa'). Самое раннее окрашивание (8.09) наблюдалось в 2011 г. у S. japonica 'Ruberrima', S. fritschiana и S. nipponica 'Halward’s Silver'. Самое позднее – 13.10 – в 2008 г. у S. japonica 'County Red'. Массовое окрашивание листьев проходило в период с 29.09±8 (S. japonica 'Ruberrima') по 13.10±13 (S. japonica 'County Red') и 13.10±5 (S.×margaritae). Раньше всех (19.09) полностью окрашивались растения S. japonica 'Ruberrima' в 2011 г. Позднее всего (19.10) массовое окрашивание листьев проходило в 2011 г. у S. japonica 'County Red', S.×bumalda 'Crispa', S.×margaritae.