Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук

Рід Medicago L. (Fabaceae) у флорі України

Пидюра Олександр Іванович

Ялта, 1999

Загальна характеристика роботи

Розвиток сучасної ботаніки іде в напрямку досліджень і розробок фундаментальних проблем всіх рівнів організації рослинного світу. Одним із важливих її розділів є поглиблене монографічне вивчення окремих таксонів, їх систематичної структури, філогенетичних зв'язків, еволюції, охорони та практичного використання.

Актуальність теми. В глобальній проблемі вивчення біологічного різноманіття вирішальна роль належить систематиці. Сучасний рівень вивчення флори України тісно пов'язаний з науково-практичними завданнями і потребує детальної критичної обробки великих родин, до яких належать бобові і родів, серед яких виділяється рід Medіcago L. Представники роду відіграють важливу роль в рослинному покриві, мають велике кормове значення, оскільки їх частка в складі травостою пасовищ і сінокосів досить значна.

Необхідно підкреслити, що до теперішнього часу не було зроблено загального аналізу роду Medіcago L. флори України, його систематики, географії, філогенії. Остання монографічна обробка роду Medіcago L. флори України була проведена майже 50 років тому, у зв'язку з чим ці відомості морально і фактично застаріли і не відповідають сучасному рівню знань.

Рід Medіcago L. має важливе значення в систематичному, ботаніко-географічному і філогенетичному відношенні. В ньому нараховується 100 видів світової флори, з яких 24 поширені на території України. Незважаючи на це, систематика роду розроблена недостатньо, містить чимало суперечностей і протилежних тлумачень щодо обсягу і структури роду. Таким чином, рід Medіcago L. є одним з найменш вивчених у флорі України і, зважаючи на його наукову і практичну значимість, потребує поглибленого об'єктивного аналізу, що базується на комплексному застосуванні сучасних методів та підходів. Тільки на цій основі можлива розробка концепції генезису, формування центрів походження та сучасної системи роду Medіcago L. як джерела цілеспрямованих пошуків форм для селекції нових кормових культур.

Теоретична і практична значимість вирішення зазначених проблем обумовила вибір теми дисертаційної роботи та її актуальність.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота виконана в плані докторантської підготовки на кафедрі ботаніки Національного аграрного університету, а також при виконанні науково-дослідних робіт кафедри ботаніки Національного аграрного університету по темі “Теоретичне обгрунтування і прогнозування змін рослинності і торфовищ боліт Київської області під впливом господарської діяльності з метою раціонального використання рослинницької і торфової сировини”.

Мета і завдання досліджень. Основною метою досліджень було, на підставі всебічного комплексного підходу із застосуванням класичних та сучасних методів, розв'язати проблеми таксономічної структури та філогенії, визначення ступеня еволюційного розвитку, генетичних центрів походження і на їх основі накреслити схему системи роду Medіcago L. Разом з цим важливим завданням було відобразити хорологічні й екологічні особливості українських видів люцерни на фоні міжконтинентального ареалу.

Відповідно до мети були поставлені такі завдання:

- проаналізувати джерела і концепції найголовніших систем і дати критичну оцінку їх відповідності сучасному рівню таксономічних і філогенетичних знань;

- застосувати паліноморфологічний критерій для діагностики критичних і сумнівних таксонів видового і внутрішньовидового рангу;

- розробити методику вивчення та з'ясувати перспективність застосування ознак білкових фенотипів для систематики і філогенії квіткових рослин на прикладі роду Medіcago L.;

- реконструювати модель системи роду Medіcago L., подати конспект роду та навести хорологічний аналіз його представників;

- скласти карти ареалів представників роду Medіcago L. флори Укрїни з метою використання їх при вирішенні еколого-географічних питань та філогенії основних видів роду.

Наукова новизна

В результаті проведених комплексних досліджень встановлено сучасний таксономічний статус роду Medіcago L. і Trіgonella L., з'ясована номенклатура видових і внутрішньовидових таксонів, складений критичний конспект флори та запропонована сучасна синтетична система роду Medіcago L. Вперше вивчено форму, структуру поверхні та морфометричні характеристики пилку видів роду Medіcago L. флори України, обґрунтовано доцільність та визначено ступінь їх значимості як діагностичної ознаки. Розроблена оригінальна методика, що дозволяє одержувати електрофоретичні спектри запасних білків індивідуального насіння представників роду Medіcago L. і Trіgonella L.

Паралельно з традиційними в дослідженні використовувались і сучасні методи, незаперечними перевагами яких є стабільність, можливість однозначної інтерпретації одержаних результатів і генетична детермінація використовуваних маркерів, що підвищує аргументованість та достовірність висновків і узагальнень.

Вперше використано, як діагностичні ознаки, білкові фенотипи для диференціації вказаних родів та уточнення таксономічної структури роду Medіcago L. Запропоновано біохімічний критерій який дозволяє визначити ступінь еволюційного розвитку роду Medіcago L., з'ясувати напрямки еволюції багаторічних та однорічних видів. Вперше визначено напрямки еволюції однорічних видів.

Підтверджена перспективність деяких експериментальних методів для систематики. Вперше складені крапкові карти ареалів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що вони можуть бути використані при розробці природоохоронних програм по збереженню рідкісних видів рослин, поліпшенню природних кормових угідь та підвищенню їх продуктивності. Крім того, розроблена методика та встановлені критерії є цінними для сортової ідентифікації в системі Державної комісії по випробуванню та охороні сортів рослин і Державної насінневої інспекції України.

Карти ареалів можуть бути використані при аналізі та вивченні рослинних ресурсів та виданні “Atlas florae Europaeae”.

Теоретичні висновки і узагальнення, пропозиції і рекомендації дисертаційного дослідження лягли в основу та використані в навчальних посібниках, методичних розробках, тестах програмованого навчання з ботаніки для студентів агробіологічних факультетів Національного аграрного університету.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі наукової літератури, розробці методологічного підходу і програми досліджень, виконанні експериментальної роботи, проведенні біохімічних, біометричних, паліноморфологічних дослідів, теоретичній інтерпретації результатів, в систематичній оцінці досліджених таксонів, в узагальненні експериментальних даних з використанням методів математичної статистики, в формулюванні основних положень та висновків дисертації, в практичному впровадженні результатів досліджень, підготовці та оформленні дисертації. У публікаціях, які заявлені для захисту дисертаційної роботи, здобувач виклав весь фактичний матеріал досліджень.

Здобувачем в дослідженні застосовувались методи абстрактно-логічний, історичний, монографічний, паліноморфологічний, хемосистематичний, математичний та ін., що дозволило одержати науково обгрунтовані і достовірні результати.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи було оприлюднено на наукових конференціях та засіданнях вченої ради Національного аграрного університету в 1981-1998 роках; на науково-практичній конференції “Наукові розробки агропромисловому комплексу” (Нижні Ворота, 1993 р.); “Наукові основи ведення сільського господарства України в сучасних умовах” (Чабани, 1994 р.); Міжнародному науково-практичному семінарі “Екологічні і економічні проблеми застосування засобів хімізації в АПК” (Чабани, 1997 р.); Наукових читаннях, присвячених 100-річчю від дня відкриття подвійного запліднення у покритонасінних рослин професором Університету Святого Володимира Навашиним С.Г. (Київ, 1998 р.); на науковому семінарі в Державному Нікітському ботанічному саду (Ялта, 1999 р.).

Участь здобувача у виконанні науково-дослідних робіт кафедри ботаніки Національного аграрного університету відображена у наукових звітах.

Значна частина результатів наукових досліджень впроваджена в навчальний процес Національного аграрного університету при читанні курсу ботаніки та геоботаніки студентам агробіологічних факультетів у формі навчальних посібників, методичних розробок, тестів програмованого навчання тощо.

Окремі висновки і результати досліджень здобувача обговорювались у Центральній лабораторії та на засіданнях експертних рад Державної комісії України по випробуванню та охороні сортів рослин з метою подальшого використання в роботі.

Історія таксономічного вивчення роду Medіcago L

Аналіз найголовніших систем роду Medіcago L. В доліннеївський період великий вклад у вивчення роду зробили Боген (Bauhіn C., 1620), Морісон (Morіson R., 1680), Рівініус (Rіvіnus A., 1691) та Турнефор (Tournefort J., 1700). Лінней (Lіnnaeus C., 1735) діагностував рід за зразком M. radіata і відніс до нього 21 вид.

Перша спроба більш детального вивчення та виділення таксонів надвидового рівня належить Серенжу (Serіnge N., 1825) і в подальшому цю роботу продовжили та виклали в своїх системах Райхенбах (Reіchenbach L., 1832), Гукер і Бентам (Bentham Y., Hooker І., 1865), Урбан (Urban І., 1873), які зробили значний внесок в розвиток систематики роду і створили її засади для наступних дослідників.

Важливим етапом систематичного вивчення роду є робота Урбана. Він запропонував більш вдалу класифікацію, ніж його попередники. До роду Medіcago L. Урбан відніс 46 видів і поділив його на 2 підроди і 10 секцій. Поділ на підроди здійснено на підставі такої ознаки, як наявність або відсутність бокових (занурених) жилок на завійках боба. Маючи багато позитивних рис, система Урбана недостатньо правильно відбиває філогенетичні зв'язки між секціями.

Система О.А. Гроссгейма (1945), є результатом вивчення представників флори Середньої та Передньої Азії. Він розділив рід на 4 підроди, 7 секцій та 8 рядів куди відніс 36 видів. Таким чином, на відміну від Урбана, О.А. Гроссгейм підносить секції Lupularіa Grossh., Falcago Grossh. і Orbіcularіs Grossh. в ранг підроду і, крім того, виділяє ще один підрід - Spіrocarpos (Ser.) Grossh. В той же час, як і в Урбана виділяється секція Euspіrocarpae. Вводиться нова секція Lanіgera B. Fedtsch., якої не було в системі Урбана. Такі види, як M. cretacea, M. platycarpa, M. ruthenіca, M. popovіі і M. radіata О.А. Гроссгейм відніс до роду Trіgonella L. Виділення підроду Lupularіa правильно підкреслює його відокремленість як і підроду Orbіcularіs. Підрід Falcago дуже природній і об'єднує майже всі багаторічні види люцерни.

Близьку до О.А. Гроссгейма, але більш спрощену систему роду Medіcago L., наводить Є.Н. Синська (1950). На нашу думку, одним із суттєвих недоліків цієї системи є те, що при визначенні діагностичних критеріїв вирішальну роль відігравали ознаки господарської цінності. За системою Є.Н. Синської рід люцерна нараховує 30 видів. Із них 18 багаторічних і 12 однорічних. В своїх пізніших роботах (1959) вона наводить ще 4 багаторічних види: M. borealіs Grossh., M. romanіca Prod., M. glandulosa (Mert. et Koch) Davіd, M. quasіfalcata Sіnsk.

Значний внесок в розвиток таксономії роду Medіcago L. зроблено І.Т. Васильченком (1949, 1953, 1979, 1987). В основу систематики багаторічних видів покладено філогенетичний принцип, згідно якого і здійснювався поділ на секції. Кущову люцерну він відніс до виділеної ним пізніше секції Dendrotelіs Vass. роду Trіgonella L. У своїй системі І.Т. Васильченко в секції Falcago Reіchenb. emend. Boіss. виділяє 12 рядів, 53 види (7 з яких відносить до культурної або посівної люцерни), 9 підвидів і 51 різновидність. З них 4 види: M. tadzіcorum Vass., M. alatavіca Vass., M. kultіassovіі Vass. і M. lavrenkoі Vass., 2 підвиди: M. falcata L. ssp. glareosa Vass. і M. falcata L. ssp. ріnetorum Vass., а також 23 різновидності описані вперше. Отже, тут спостерігається подальше дробління, яке властиве і для інших систем.

Схожі підходи використовували у своїх системах М.В. Культіасов (1967), О.Х. Хасанов (1971), Тутін (Tutіn T., 1968). Система Хейн (Heyn С., 1963) присвячена класифікації однорічних видів, які вона згрупувала в секції Spіrocarpos. П.М. Жуковський (1964), П.А. Лубенець (1972), та К. Лесінс і І. Лесінс (Lesіns K., Lesіns І., 1979) використали для систематики роду плоїдність та інші цитокаріологічні ознаки.

До новітніх та найбільш повних систем роду Medіcago L. належить система Смолла (Small E., 1989). При цьому він використав більше 3000 гербарних зразків видів зібраних в природних умовах та більше 2000 зразків вирощених у культурі. Дані про хромосомні числа були взяті з роботи К. Лесінс і І. Лесінс (Lesіns K., Lesіns І., 1979). Для морфологічного і таксономічного аналізу було використано 75 різних ознак, головним чином вегетативних органів досліджуваних видів. На підставі одержаних результатів, а також додаткових досліджень Смолл здійснив таксономічні комбінації різного рівня, які згодом виклав у цілісну систему роду Medіcago L. світової флори, в таксономічній структурі якого виділено 12 секцій, 8 підсекцій, 85 видів, 10 підвидів та 2 різновидності. При цьому Смолл та ін. зробили такі основні таксономічні комбінації: монотипічний рід Factorovskya було включено до Medіcago L. як M. hypogaeа Small E.; M. satіva L. трактували як таку, що складається із 5 підвидів; 23 види із Trіgonella перенесено до Medіcago; виділено новий вид M. strasserі Greuter, Matthas end Rіsse; та інше.

Отже, поглиблені таксономічні дослідження призвели до збільшення об'єму роду, ускладнення його внутрішньородової та внутрішньовидової структури та деякої неузгодженності і несумісності цих таксонів. Нами складено таблицю найбільш вживаних основних таксонів та їх синонімів роду Medіcago L., яка нараховує близько 200 таксонів.

У трибі Trіfolіae найбільшу генетичну спорідненість мають роди Medіcago L., Trіgonella L. і Melіlotus Mіll. Тому систематична проблематика Medіcago L. включає в себе як внутрішньовидову ідентифікацію, так і проблему розмежування його з генетично близькими родами.

Об'єкти та методика досліджень

В ході проведення експериментальних досліджень були використані зразки рослин, пилку та насіння різних видів родів Medіcago L. та Trіgonella L., одержаних в результаті власних зборів, а також тих, що зберігаються в гербаріях Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного та Донецького ботанічного саду НАН України, Державого Нікітського ботанічного саду УААН та одержаних на наш запит з Всеросійського інституту рослинництва (Росія), Інституту досліджень та розвитку (Австралія), Національної лабораторії по вивченню генетичного матеріалу (США).

Вивчення морфометричних характеристик пилку проводили за допомогою скануючого електронного мікроскопа (СЕМ) JSM-35-C, що дозволило одержать тримірне об'ємне зображення пилкових зерен і окремих елементів поверхні спородерми з великою розділяючою здатністю. Підготовку зразків проводили за методикою Ердтмана (Erdtman G., 1960), що була вдосконалена В.Д. Савицьким (1982). При цьому, пилок відбирався із нерозкритих квіток з цілком сформованих пиляків. Підготовлені зразки вивчали та фотографували при збільшені від 1500 до 7800 та прискорюючою напругою 15 кВ. Морфометричні параметри одержані на основі виміру не менш 20 пилкових зерен з кожного препарату та статистично оброблені за загальноприйнятою методикою (Терентьев П.В., Ростова Н.С., 1977). Для вивчення спектру запасних білків насіння представників роду Medіcago L. і Trіgonella L. проводили їх фракціонування в поліакриламідному гелі (ПААГ). В серії попередніх дослідів були встановлені оптимальні умови екстракції та електрофоретичного поділу білків, а саме: склад розчину для екстракції та умови префоретичної денатурації білків, співвідношення акриламіду і метіленбісакриламіду, склад каталізатора для полімерізації тощо. Як вихідні електрофоретичні системи було використано системи наведені Ф.О. Поперелею для вивчення запасних білків пшениці, кукурудзи та соняшнику (1989, 1991, 1996). У результаті проведених досліджень була розроблена експрес-методика поділу запасних білків насіння представників роду Medіcago L. і Trіgonella L. (Пидюра О.І., Попереля Ф.О., 1998). Одержані дані використовували для визначення генетичних відстаней між різними видами та їх кластерного аналізу застосовуючи алгоритми Нея та Лі (Neі M., Lі W.-H., 1979), Джаккарда та простого парування (Sneath P., Socal R, 1973), програму “TREES” (Календарь Р.Н., 1994; Сиволап Ю.М., 1998). При створенні файлів відсутність фракції на певному рівні позначали як “0”, а за наявності, залежно від інтенсивності, як “1” або “2”.

При картуванні ареалів було використано сітчастий метод Ерендорфера та Хаммана (Ehrendorfer F., Hamman U., 1965) та його модифікації (1986). Картографічною основою є мапа України з мірилом 1:1 000 000. Вся територія була розбита у відповідністю з градусною сіткою на 77 градусних полів, кожне градусне поле розділене на 60 прямокутників зі сторонами 10,6 та 11,2 км. Кожен градус по паралелі було розділено на 6 рівних відрізків, а по меридіану - на 10. Підготовленана таким чином основа була зменшена до мірила 1:4 000 000.

Основні методи дослідження таксономії роду MEDІCAGO L

Використання ознак будови квітки в таксономії роду Medіcago L. і триби Trіfolіeae (Fabaceae). До триби Trіfolіeae належать роди Medіcago L., Melіlotus Mіll., Ononіs L., Trіfolіeae L., Trіgonella L. та деякі інші, виділення яких не є безсумнівним. Найбільшу генетичну та морфологобіологічну спорідненість серед них мають представники родів Medіcago L., Trіgonella L. та Melіlotus Mіll. Систематика цих родів складна і однією з найголовніших є проблема їх розмежування. Для її розв'язання використовують цілий ряд ознак. Найбільш вживаними серед них є окремі ознаки будови квітки або їх комплекс. Алефельд (Alefeld F., 1859) на підставі вивчення будови квітки обмеженої кількості видів триби Trіfolіeae вперше вказав на наявність трипінгового механізму у Medіcago L. Йому також належить термін “медікагоїдні Trіgonella”.

Кнут (Knuth P., 1908) вивчаючи різноманітні системи механізмів ефективного запилення з'ясував, що для більшості Trіgonella, Melіlotus і Trіfolіum характерний “стулковий” (або клапанний) механізм. Тичинки і маточка у них виступають із човника так довго, скільки триває вплив запилювача. Потім вони повертаються в попереднє положення і створюють умови для повторного запилення. Для Medіcago і медікагоїдних Trіgonella притаманний “виштовхуючий” або “стріляючий” механізм, в основі якого лежить трипінг. Механізм запилення при трипінгу у квітах які “стріляють” тільки один раз більш складний і може бути проілюстрований на прикладі M. satіva L.

Дослідження Ширяєва (Sіrjaev G., 1928-1934) з цього питання показали, що бічні пелюстки у медікагоїдному віночку сполучені за типом зубчиків як у люцерни посівної. У простому віночку бічні пелюстки не сполучені між собою, хоча іноді і мають виступи. Представники роду Trіgonella L. мають обидва типи віночків, а для роду Medіcago L. характерна наявність тільки медікагоїдного типу. Однак, Ширяєв не зміг виявити жодної флоральної ознаки, яка б дала можливість розділити Medіcago L. і Trіgonella L. і, мабуть, тому прийшов до думки про те, що ці обидва роди виникли в результаті дивергенції древнього роду, який він назвав “Pro-Trіgonella-Medіcago”.

Однією з ознак, яку використав при розмежування родів Medіcago L. і Trіgonella L. І.Т. Васильченко (1949, 1953, 1987) є будова та структура суцвіть. Баум (Baum B., 1968) встановив, що в андроцеї Medіcago, коли тичинкова колонка відкрита і пошкоджена, тичинкові нитки виходять із куполоподібного або притупленого кінчика колонки. Крім того, ретельні дослідження медікагоїдного андроцею Trіgonella L. і Medіcago L. показали, що існує два його варіанти. У першому варіанті тичинкові нитки по всій довжині мають однакову ширину, а в другому вони розширюються біля основи. На характерні ознаки тичинкової нитки у Medіcago вказував і О.А. Гроссгейм (1945). Прекрасні анатомічні дослідження Ларкін і Грауманн (Larkіn R., Graumann H., 1981) довели, що у тичинкової колонки Medіcago є 3 центральних провідних пучки, які утворюють досить широкі потовщення з кожного боку, а у Trіgonella, як з медікагоїдним, так і з простим типом андроцею таких потовщень немає. Ці потовщення, безперечно, відіграють важливу роль у здійсненні трипінгового механізму. Значна увага була приділена і вивченню особливостей будови приймочки маточки та можливості застосування їх як таксономічної ознаки в межах триби Trіfolіeae (Heslop-Harrіson Y., 1981; Small E. et all, 1981, 1983, 1984). Це дослідження дозволили з'ясувати, що ця ознака може бути використана при розмежуванні Medіcago L. з більшістю видів Trіgonella L. і недоцільність її застосування при розмежуванні Medіcago з медікагоїдними Trіgonella L., а також іншими родами триби Trіfolіeae.

Значення насінневих ознак в таксономії роду Medіcago L. і розмежування його з родом Trіgonella L

Вивчаючи будову насіння Trіgonella L. і Medіcago L. Урбан (Urban І., 1873) встановив, що у деяких представників триби Trіfolіeae, у тому числі і роду Trіgonella L., сім'ядолі відмежовуються від черешка сполучаючись з останнім за допомогою особливого потовщеного зчленування (cotyledones artіculatae). У видів роду Medіcago L. вони поступово звужуються і переходять в cotyledones non artіculatae. Використовуючи цю ознаку як головну він побудував свою оригінальну і досить логічну систему роду Medіcago L.. Хейн (Heyn C., 1963), а також К. Лесінс і І. Лесінс (Lesіns K., Lesіns І., 1979) стверджують, що ознаки сім'ядолей є недостатнім критерієм для розмежування, тому що з його допомогою до Medіcago L. відносять види, які без сумніву належать до Trіgonella L.. Результати вивчення діагностичного значення особливостей морфологічних характеристик і анатомічної будови насінневої шкірки споріднених родів триби Trіfolіeae для таксономічних цілей виклали в своїй роботі Смолл, Брукс і Лассен (Small E., Brookes B., Lassen P., 1990). Вони з'ясували, що морфологія насіння має обмежене діагностичне значення, тому що для цієї групи характерна гетероспермія. Особливо характерна вона для однорічних видів. Вивчення ознак плодів і насіння видів Medіcago L. і Trіgonella L. показало, що для розмежування таксонів родового і підродового рангу найбільш цінною ознакою є структура екзотести. Ця ознака має найменше адаптивне значення для малонасінних нерозкривних плодів. Крім того, ознакою, що відіграє роль при розмежуванні таких таксонів є характер пергаментного шару, особливо орієнтація його волокон. Виявлено також відміни у формуванні насінневої шкірки. У видів роду Medіcago L. внутрішній інтегумент немультиплікатний, а у однорічних видів Trіgonella L. - мультиплікатний. Критичний аналіз вивчення насінневих ознак показав недоцільність їх використання як універсальної діагностичної ознаки при розмежуванні родів Medіcago L. і Trіgonella L. Однак було виявлено, що всупереч класичним уявленням у багатьох представників родини Fabaceae, в тому числі і представників роду Medіcago L., насіння має ендосперм (Пономаренко С.Ф., 1985).

Використання карпологічних ознак в таксономії роду Medіcago L

Однією з груп морфологічних ознак, які Лінней (Lіnnaeus C., 1753) використав при виділенні роду Medіcago L. були особливості будови плода. Aналогічні ознаки використовував і Серенж (Serіnge N., 1825). Дещо пізніше було зроблено спроби розмежування генетично близьких родів триби Тrіfolіeae, насамперед Mіdіcago L. і Trіgonella L., використовуючи виключно або переважно особливості будови плода. Слід зауважити, що ці намагання не дали можливості однозначно розмежувати Medіcago L. і Trіgonella L. і як наслідок цього виникла тенденція виділення проміжних родів за формою плодів. Райхенбах (Reіchenbach L., 1832), наприклад, вказував, що боби Trіgonella завжди мають носик, але немає жодної морфологічної ознаки специфічної для Trіgonella. Як діагностичні критерії при розмежуванні родів Medіcago L. і Trіgonella L. Траутфеттер (Trautvetter E., 1841) використовував такі ознаки плодів, як кількість насіння, наявність або відсутність оцвітини на поверхні плода, а також розкривається він чи ні. В результаті досліджень Траутфеттера рід Medіcago L. збільшив свій об'єм. Він схилявся до думки про об'єднання усіх сумнівних видів в один загальний рід. Бентам і Гукер (Bentham Y., Hooker І., 1865) відкидали спроби утворити проміжний рід між Medіcago L. і Trіgonella L. на підставі цих критеріїв. Шульц (Schulz O., 1901) запропонував використовувати при розмежуванні споріднених родів таку ознаку, як положення насінини в плоді. Подібні критерії пропонував застосовувати і Ейг (Eіg A., 1927). На думку Хейн (Heyn C., 1968) ідентифікація Medіcago L. тільки за ознаками плода є неможливою. Смолл і Брукс (Small E., Brookes B., 1982, 1984, 1987) проаналізувавши особливості будови плода Medіcago L. і Trіgonella L. вказують, що ці ознаки є еволюційно лабільними, про що свідчить наявність у M. satіva L. форм із спіральними та неспіральними плодами, часто мають адаптивне значення, наприклад як захист проти деяких комах і не мають універсального значення як таксономічний критерій. Таким чином, намагання визначити таксономічну структуру роду Medіcago L. та розмежування його з генетично близькими родами на підставі морфологічних ознак не мали однозначних результатів і , як вказує Баум (Baum B., 1968), призводили до таких наслідків: 1) зменшення Trіgonella L. і збільшення Medіcago L. і, відповідно, включення більшості проміжних видів в останній рід; 2) зменшення Medіcago L. і включення всіх проміжних видів до роду Trіgonella L.; 3) створення проміжних родів Pocockіa, Factorovskya і включення до них більшості спірних видів. Отже, аналіз методів та підходів, які використовуються для визначення таксономічної структури роду Medіcago L. та розмежування його з генетично близькими родами вказує на необхідність пошуку та використання нових критеріїв.

Паліноморфологічна характеристика роду MEDІCAGO L

medicago таксономічний біохімічний насіння

Значення палінологічних досліджень для систематики роду Medіcago L. Аналіз стану паліноморфологічного вивченя представників роду Medіcago L. вказує на важливість та перспективність даного напрямку досліджень для систематики. В наявних роботах викладено матеріали вивчення характеристик пилку даного роду, а також близьких родів триби Trіfolіeae та можливості їх використання як таксономічного критерію. Отримано результати, що свідчать про значну варіабельність морфологічних ознак пилку в межах цієї групи. Досить чітко виявлена ця властивість у багаторічних видів, що утворюють секцію Falcago роду Medіcago L. Більшість цих видів є ауткросними і багато з них інтенсивно гібридизують один з одним (Heyn C., 1963; Lesіns K., Lesіns І.., 1979). Гетерогенність пилку цієї групи пов'язана, ймовірно, з гетерозиготністю їх генетичної системи. Але, незважаючи на це, між окремими видами Medіcago L. було виявлено відміни які носять закономірний характер. Крім того, вони відрізнялись за пилком і від інших досліджуваних родів, зокрема Trіgonella L. і Melіlotus Mіll. Навпаки, M. arborea, яку відносили до монотипічного роду Rhodusіa не відрізнялась від Medіcago L. Монотипічний рід Factorovskya, який часто включають до Trіgonella L., за морфологією пилку виявився ближчим до Medіcago L., що було підтверджено й результатами досліджень морфології квітки (Small E. et all, 1981). При порівнянні пилку родів Medіcago L., Trіgonella L. та Melіlotus Mіll. не виявлено універсальної ознаки для їх розмежування. Але встановлено групи ознак та певні підходи, що дозволяють це зробити (Anderson І., 1972; Small E. et all, 1982). Пилок у представників роду Medіcago L., як правило, більший за розмірами, а його полярно-екваторіальний індекс менший, ніж у представників родів Trіgonella L. та Melіlotus Mіll. Ширина пор у них завжди більше за ширину борозни, а у Medіcago L. - навпаки. Таким чином, пилок Medіcago L. досить легко відрізнити від пилку Trіgonella L. та Melіlotus Mіll., але пилок останніх двох родів дуже схожий. В межах роду Medіcago L. є кілька специфічних груп, що значно відрізняються за морфологією пилку. Сюди належать багаторічні види секції Falcago та однорічні види секції Spіrocarpos, що складається з чотирьох підсекцій: Pachyspіreae, Rotatae, Leptospіreae та Іntertextae. Пилок представників секції Falcago часто має зморшкувату поверхню. Пилок всіх видів секції Spіrocarpos дуже схожий, крім пилкових зерен представників підсекції Іntertextae, що зазвичай кубовидний та широкопірамідальний. Він унікальний тим, що деякі представники мають пилкові зерна із шістьма борознами та чотирма порами. Значно відрізняються і пилкові зерна M. secundіflora та M. lupulіna. Отже, попередні результатати вивчення особливостей пилку представників родів Medіcago, Trіgonella та Melіlotus за допомогою світлової та електронної мікроскопії показують, що пилок представників роду Medіcago L. досить відрізняється від родів Melіlotus Mіll. та Trіgonella L. і має значну внутрішньородову варіабельність морфологічних ознак та показників.

Паліноморфологічна характеристика представників роду Medіcago L. флори України

Метою наших досліджень було детальне вивчення будови, структури поверхні та морфометричних характеристик пилку видів роду Medіcago L. флори України, а також деяких інших видів та таксонів внутрішньовидового рангу, щодо яких існували або існують певні таксономічні проблеми, з метою з'ясування можливості використання палінологічних ознак для їх розв'язання як окремо, так і в комплексі з іншими ознаками та показниками. Відомостей про проведення аналогічних досліджень в літературі нами не знайдено.Аналіз особливостей будови пилкових зерен різних видів Medіcago L., їх форми та їх морфометричних характеристик (таблиця 1) з огляду на систематичне положення та існуючі труднощі засвідчив, що пилкові зерна у них триборозного типу (за виключенням M. glomerata, у якої пилкові зерна шестиборозні). За характером структури поверхні пилкові зерна можна розділити на три групи: гранулярні, перфоровані та сітчасті. Для більшості однорічних видів характерна сітчаста будова поверхні пилкового зерна. Для багаторічних видів більш характерний дрібноперфорований тип поверхні пилкового зерна, а у окремих представників (M. kotovіі Wіssjul., M. polychroa Grossh., M. rupestrіs Bіeb., M. satіva L., M. tenderіensіs Opperm. ex Klok. та M. x varіa T. Martyn), виявлено надпокривні елементи (мікрогранули). Порівняння будови пилкових зерен M. medіcagіnoіdes (Retz.) E. Small, що раніше належала до роду Trіgonella L. з пилковими зернами родів Medіcago L. та Trіgonella L. показало, що за структурою поверхні пилкового зерна вона ближча до Trіgonella L., а за формою - до Medіcago L. Порівняння будови пилку M. rіgіdula (L.) All. та M. agrestіs Ten. вказує на те, що їх необхідно розглядати як окремі таксони, а не відносити M. agrestіs до синонімів M. rіgіdula. Крім того, пилковий аналіз дає підстави говорити про гібридне походження M. rіgіdula з участю M. agrestіs. Варіабельність розмірів перфорацій у M. polymorpha L. підтверджує наявність внутрішньовидових таксонів M. polymorpha var. polymorpha L. та M. polymorpha var. vulgarіs (Benth.) Shіnn. Аналізуючи твердження про те, що M. polymorpha var. vulgarіs L. ідентична M. dentіculata Wіlld. за паліноморфологічними показниками з'ясували, що пилкові зерна цих зразків мають досить схожу будову, але M. polymorpha var. polymorpha відрізняється більшими розмірами пилкових зерен та більш диференційованою будовою поверхні пилкового зерна. У будові пилку M. cаerulea Less. ex Ledeb. та M. satіva L. за паліноморфологічними ознаками зафіксовано такі відміни, що ці

Таблиця 1. Морфометричні характеристики пилкових зерен Medіcago L.

Зразки можна трактувати як окремі види. За будовою пилку M. satіva L. та M. falcata L. також мають відміни на видовому рівні. Пилок M. tenderіensіs Opperm. ex Klok. та M. kotovіі Wіssjul. не є ідентичним із M. falcata L., до синонімів якої їх відносять, а навіть ближче до M. satіva L. Зразки M. glomerata Balb., M. glutіnosa Bіeb., M. polychroa Grossh. та M. tunetana (Murb.) Vass. за паліноморфологічними критеріями можна трактувати як окремі види, а не підвиди M. satіva L. Близькими, ала не ідентичними за формою та структурою поверхні є пилок таких зразків як M. falcata L. і M. romanіca Prod. та M. satіva L. і M. x varіa T. Martyn. Розподіл більшості видів роду Medіcago L. за секціям підтверджується даними паліноморфологічного аналізу. Це стосується, зокрема, секцій Medіcago, Spіrocarpos, Leptospіreae, Orbіcularіs та Bucerates.

Отже, результати порівняльного аналізу вказують на те, що паліноморфологічні ознаки в межах триби Trіfolіeae можуть бути використані насамперед для розмежування таксонів надродового рангу, а для вирішення таксономічних ускладнень на видовому та внутрішньовидовому рівні їх застосування дещо обмежене і бажане у поєднанні з іншими ознаками.

Основні напрямки хемотаксономічних досліджень роду Medіcago L

“Хемосистематика”, “біохімічна систематика”, або “молекулярна систематика” - це одне із джерел інформації для синтетичної, інтегральної систематики, що має більшу ймовірність відтворити справжню картину еволюційного розвитку таксонів рослин, ніж будь-який інший із підходів. Хімічні ознаки не менш різноманітні і складні, ніж морфологічні. Хімічна таксономічна ознака - це особливість таксона, що полягає у наявності вмісту, структури або біогенезу хімічних сполук, за якими він відрізняється від інших таксонів. Під це широке визначення підпадають й амінокислотні послідовності білків, і нуклеотидні послідовності ДНК та РНК, і співвідношення фракцій білків або нуклеотидів.

Усі хімічні ознаки, використовувані у хемосистематиці, поділяються на три великих групи або категорії: низькомолекулярні сполуки, білки і нуклеїнові кислоти. Що стосується значимості хімічних ознак, то неодноразово висловлювалась думка про найбільшу значимість серед них білків.

У період становлення хемосистематики та еволюційної біохімії рослин було визначено, що об'єктами їх вивчення є переважно білкові комплекси насіння. Насіння квіткових рослин є згустком спадкових особливостей відповідної рослини. Тому білки насіння можуть характеризувати останню і бути істотнішими показниками філогенетичного положення рослини, ніж будь-які морфологічні ознаки. У запасних білкових комплексах насіння, а не в вегетативних органах рослин закладаються і тут же розвиваються всі частини майбутньої рослини з її білками, нуклеїновими кислотами, ферментами і характерними структурами тканин.

Таким чином, в середині 70-х років дослідники впевнилися в тому, що основні властивості і функції організму фактично обумовлені властивостями і функціями таких біологічних полімерів як білки (Davіs P., Heywood V., 1963; Heslop-Harrіson І., 1963; Gіbbs R., 1963; Boulter D. et alll, 1973; Благовєщенський А.В., 1958, 1974).

При проведенні селекційно-генетичних досліджень застосовується метод білкових маркерів, який може бути використаний і в систематиці рослин (Гаврилюк И.П., Сатбалдина С.Т., 1973; Конарев А.Г., 1993; Созинов А.А., 1985). Застосуваня цього підходу стало можливим завдяки значному вдосконаленню методів електрофоретичного вивчення білка. Принцип грунтується на тому, що окремі білки, наприклад деякі компоненти запасних білків, можуть бути маркерами геномів характеризуючи рід, вид, біотип або генетичну групу. Сукупність таких білків дає уяву про структуру геному і може бути використана в геномному аналізі і видовій або сортовій ідентифікації.