Анатомия древесины растений России
Результаты ксилотомического исследования применены для выяснения некоторых таксономических вопросов, вопросов, связанных с филогенетической оценкой ксилотомического строения северных растений и проблемой их адаптации к пессимальным условиям высоких широт). Растения L. cajanderi приспосабливаются к экстра-резко-континентальным засушливым условиям Центральной Якутии путем повышения эффективности… Читать ещё >
Содержание
Актуальность проблемы. Древесина — один из наиболее распространенных природных материалов, известных человеку. В настоящее время вопросы диагностики, систематической и эволюционной анатомии древесины не только не потеряли своей актуальности, но привлекают к себе все большее внимание. Это связано с рядом причин. Вот некоторые из них. Во-первых, возрастает потребность в древесном сырье и древесных материалах. Это требует вовлечения новых видов древесных растений в использование в бытовых и промышленных целях, что невозможно без сведений об особенностяхения древесины. Во-вторых, с расширением археологических, палеонтологических и филогенетических исследований возросла потребность в базе данных поению древесины растений для идентификации древесных остатков и предметов, изготовленных из древесины. В третьих, глобальные и региональные изменения климата часто приводят к изменению ареалов растений (в частности, наблюдается сдвиг северной границы леса в более высокие широты), и это ставит вопрос о роли древесины в адаптации растений к новым условиям обитания.
Недостаточность базовых знаний о древесных растениях, естественно произрастающих на огромной территории России, и потребность в обширном справочном материале для идентификации древесины привели к идее ксилотомического исследования широкого набора таксономически важных структур на основе оригинального материала.
Цель исследования: создание ксилотомического банка данных растений России с широким охватом видов и жизненных форм. Задачи исследования:
1. Провести ксилотомический анализ таксономически важных структур, отражающего разнообразие и специфику строения древесины растений России.
2. Выявить комплекс ксилотомических признаков, специфичных для представителей арборифлоры России, значимых для целей диагностики, систематики и определения эволюционного статуса таксонов.
3. Продемонстрировать на ряде примеров возможность применения результатов ксилотомического исследования
— для выяснения ряда таксономических вопросов-
— для выявления тенденций филогенетических преобразований во вторичной ксилеме таксонов, обитающих в пессимальных условиях высоких широт,
— для оценки адаптивного потенциала северных растений различных таксономических положений с точки зрения их ксилотомии,
— для определения особенностей функциональной адаптации водопроводящей системы у растений различных таксономических положений, имеющих разные экологические предпочтения, к условиям Крайнего Севера.
4. Осуществить монографическое обобщение результатов ксилотомического исследования в виде Атласа древесины растений России.
Научная новизна. На основе оригинального материала создан ксилотомический банк данных, охватывающий полный набор таксономически важных анатомических структур дефинитивной ксилемы хвойных и двудольных покрытосеменных (лиственных) растений, произрастающих на территории России. Выявлены особенности строения древесины трети видового состава растений, произрастающих во всех климатических областях России. Наиболее полно исследована древесина арборифлоры Северной Евразии. По информационной полноте эта работа в несколько раз перекрывает имеющиеся литературные источники по анатомической структуре древесины видов, произрастающих на территории России.
Результаты ксилотомического исследования растений России позволили выяснить некоторые таксономические и филогенетические вопросы и вопросы, связанные с проблемой адаптации растений к условиям Крайнего Севера:
— дана филогенетическая оценка анатомического строения вторичной ксилемы растений России- на примере широко распространенных представителей сем. Rosaceae и p. Larix
— выявлены закономерности филогенетических преобразований элементов вторичной ксилемы северных таксонов-
— дана оценка адаптивного потенциала северных растений с точки зрения их ксилотомии-
— предложена. концептуальная модель, объясняющая особенности перестройки водопроводящего комплекса растений при адаптации к условиям высоких широт на функциональном уровне-
— предложен способ количественной оценки степени сохранности системы водопроведения и «бесконтактного» определения физической плотности древесины.
На защиту выдвинуты следующие положения:
1. Ксилотомический банк данных, охватывающий треть видового состава арборифлоры России, отражает разнообразие и специфику анатомического строения древесины растений, обитающих в разнообразных географических, климатических и экологических условиях.
2. Современные представители двудольных покрытосеменных (лиственных) сохраняют широкий набор примитивных ксилотомических признаков, что позволяет растениям занимать различные экологические ниши на территории России. Специфическое соотношение примитивных и продвинутых признаков вторичной ксилемы у таксонов, имеющих широкий спектр экологических предпочтений, изменяется в существенно различных условиях обитания.
3. Перестройка водопроводящей. системы при адаптации растений к условиям высоких широт осуществляется, главным образом, в направлении повышения ее сохранности и обеспечения эффективного транспорта воды в самом начале вегетационного периода. В то же время в конкретных биотопах перестройки приобретают специфичные черты в соответствии с экотипом растений и особенностями локальных условий обитания.
Научная и практическая ценность работы: Оригинальный ксилотомический материал, положенный в основу работы, охватывающий треть видового состава арборифлоры России, является уникальным и открывает большие возможности для анатомических исследований. Результаты ксилотомического исследования предназначены, прежде всего, для диагностики древесины широкого круга растений- служат основой для исследований в области систематики, филогении, экологической анатомии древесины, археологии, дендрологии и др., а также для демонстрации свойств древесины при помощи микрофотографий (в количестве 1663 шт.), часто определяющих перспективы ее использования.
Разработанные в результате исследования 'диагностические ключи были востребованы российскими и зарубежными учеными (Центр по дендрохронологии, Нидерланды- Технологический колледж, Норвегия и др.) для идентификации археологической и дрейфующей древесины.
Результаты настоящего ксилотомического исследования изложены в двуязычной монографии В. Е. Беньковой и Ф. X. Швейнгрубера «Анатомия древесины растений России (атлас для идентификации древесины деревьев, кустарников, кустарничков, полукустарников и деревянистых лиан России) / V. Е. Benkova & F. X. Schweingruber «Anatomy of Russian woods (an atlas for the identification of trees, shrubs, dwarf shrubs and woody lianas from Russia)» (Bern, Stuttgart, Wien. Haupt. 2004, 456 p.), имеющей функции учебного пособия и справочника по древесине растений России и являющейся крупным научным обобщением как теоретического, так и практического плана.
Методические приемы выявления путей функциональной адаптации водопроводящего комплекса растений активно используются при выполнении научно-исследовательских проектов: Российско-Германский проект «Связь между изменениями в клеточной и анатомической структуре годичных колец растений и факторами окружающей среды», «Выявление взаимодействия „генотип-среда“ в реакции различных климагипов хвойных на изменение климата», «Рост и структура годичных колец хвойных в зависимости от генетических, средовых и фитоценотических факторов» и др.
Результаты работы предоставляют фактический материал для теоретических учебно-образовательных курсов «Древесиноведение» (СибГТУ), «Анатомия растений» (КрасГАУ). Методологические разработки (в т.ч., описания строения вторичной ксилемы растений, диагностические ключи, шестиязычный
Глоссарий по дендрохронологии) широко используются в научных учреждениях и учебных заведениях России и за рубежом.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Международных симпозиумах и совещаниях: «Современные познания из области структуры и физики древесины» (Чехословакия, Зволен, 1990), «Строение, свойства и качество древесины» (Москва, МГУЛ, 1990, 1996- Петрозаводск, 2000- Санкт-Петербург, 2004) — «Ecologocal and physiological aspects of xylogenesis in conifers» (Красноярск, 1996) — «Tree Rings, Environment and Humanity: relationships and processes» (Tucson, USA, 1994) — «IUFRO: Larix-98. World resources for breeding, resistance and utilization» (Красноярск, 1998) — «Biodiversity and dynamics of ecosystems in North Eurasia. Forest and soil ecosystems» (Новосибирск, 2000) — Workshop on spatial-temporal dimensions of high-latitude ecosystem change (the Siberian IGBP transect) (Красноярск, 1997) — «Tree rings and people: on the Future of Dendrochronology» (Давос, Швейцария, 2001) — «IBFRA: Boreal forests and environment: local, regional and global scales» (Krasnoyarsk, 2002), Российских конференциях «Флора растительности Сибири и Дальнего Востока» (Красноярск, 1996) — «Дендрохронология: достижения и перспективы» (Красноярск. 2003) — XI съезде Русского ботанического общества «Ботанические исследования в Азиатской России» (Новосибирск-Барнаул, 2003).
Объем и структура диссертации. Диссертация в виде научного доклада представляет собой обобщение результатов 41 опубликованной работы (список наиболее важных из них в количестве 31 прилагается). Из общего числа работ последние 23 выполнены непосредственно по теме диссертации- результаты 18 более ранних работ использовались при разработке концептуальной модели адаптации водопроводящего комплекса древесных растений к полярным условиям произрастания. В число работ по теме диссертации входят 12 работ в рецензируемых научных российских и зарубежных изданиях и две — в иностранных журналах, а также две коллективные монографии.
Диссертация в виде научного доклада состоит из введения, шести глав, заключения, списка основных публикаций, включает в себя 17 таблиц и 3 рисунка.