1.5.9. Ботаника

Излагаются некоторые узловые моменты научного творчества ученого-энциклопедиста В. И. Вернадского. Рассматриваются позиции ученого о биосфере как особой оболочке Земли и ноосфере как естественного этапа эволюции биосферы.

В статье рассматриваются подходы к созданию информатизационной инфраструктуры образования в почвоведении и особенности организации учебного процесса на современном этапе. Способы применения электронных учебников, сетевых средств, в том числе Интернета, тестового контроля качества знаний. Рассматриваются положительные и отрицательные черты учебного процесса в Болонском процессе. Описываются примеры техники и способов преподавания почвенного покрова мира и структуры почвенного покрова в связи с новыми требованиями.

Было исследовано влияние загрязнения свинцом, переменным магнитным полем, а также их сочетания на такие группы почвенных микроорганизмов, как аммонифицирующие, амилолитический, азотфиксирующие бактерии, а также микромицеты. Загрязнение оказывало существенное и разнонаправленное действие на численность почвенных микроорганизмов. Характер и степень этого влияния изменялись в зависимости от уровня воздействия каждого из факторов, при этом они не носили линейный характер.

На базе анализа глобальных закономерностей динамики биосферы обоснованы долговременные принципы охраны географического пространства и управления экосистемами. Показано, что гносеологические основы природообустройства заключаются в создании стартовых условий долговременного функционирования биогеосистемы на период обоснованного биологией системы долгосрочного экономического прогноза более 30 лет. Увеличение биологической продукции Земли возможно путем создания долговременных условий приоритетного развития корневой системы растений, долгосрочной стабильности и продуктивности биогеосистем. Предложена принципиально новая внутрипочвенная импульсная континуально-дискретная парадигма ирригации, перспектива которой в ликвидации деградации орошаемых почв, снижении расхода оросительной воды в 3–5 раз, обеспечение готовности человечества к изменению климата Земли. Предложена концепция биогеосистемотехники, что даст возможность синтезировать в России многоотраслевой инновационный прецедент очередного высокого технологического уклада рекреационного развития текущей цивилизации Земли. Разработаны теоретические основы технических средств устойчивого непротиворечивого управления биогеосистемой, создания в почвах дисперсных систем, позволяющих придать почве новое качество, изменять соотношение процессов седиментогенеза, педогенеза, литогенеза в пользу высокой продуктивности биологически активной фазы почвы в биосфере.

В работе проанализированы значения груза аутосомно-доминантной и аутосомно-рецессивной патологии в сельском населении 75 районов из 10 регионов/популяций России. Разброс значений образов районов в осях главных компонент обнаруживает положительную и значимую корреляцию со средневзвешенным значением индекса эндогамии (r=0,6), объясняя причины межрайонной вариабельности значений груза по регионам, и может рассматриваться в качестве популяционно-генетической характеристики.

С целью выявления эффекта компенсации плотностью (ЭКП) в растительных сообществах субальпийского пояса Западного Кавказа было проанализировано соотношение между числом и средней встречаемостью видов растений в пределах площадок 15—16 м2 с использованием метода численных экспериментов. Результаты показали, что: 1) сообщества с низким видовым богатством могут характеризоваться как низкой, так и высокой средней встречаемостью видов; 2) относительно высокие значения средней встречаемости видов наблюдаются преимущественно в изолированных ценозах; 3) преобразование природных местообитаний в антропогенные на высокогорных пастбищах не вызвало широкого распространения ЭКП.

Слабое загрязнение почв мышьяком оценивается регламентирующими документами в интервале от 2 фоновых значений до ПДК. Показано, что такая оценка для мышьяка некорректна, так как ПДК рассчитывается как превышение фона на 2 мг/кг.Предложено использовать с этой целью интервал содержания мышьяка от одного фона до ПДК. Другой информативной оценкой накопления мышьяка в почве является соотношение его концентраций к региональному фоновому значению, а при отсутствии таковой — к кларку в почве(Кк). Однако для этого показателя отсутствует оценочная шкала, что снижает его ценность как инструмента оценки степени загрязнения. В статье предложены оценочные градации.

Проведен физиолого-генетический анализ пестролистных химер variegated из коллекции хлорофильных мутантов подсолнечника Южного федерального университета. Все анализируемые мутанты, растения которых в течение нескольких десятилетий, наследуют с различной степенью выраженности, хлорофильные дефекты были получены на генетической основе одной инбредной линии с помощью индуцированного нитрозометилмочевиной мутагенеза. На основании полученных результатов: постоянное соматическое расщепление, однородительское материнское наследование мутантного признака, сниженное содержание в мутантной ткани хлорофиллов и каротиноидов, изменения внутренней структуры пластид, наличие на границе между нормальными и мутантными тканями гетеропластидных клеток сделан вывод о пластидной природе хлорофильных мутаций у пестролистных форм подсолнечника.

Существует множество примеров,  демонстрирующих, что различия ответа (в том числе низкая эффективность либо частое развитие побочных эффектов) на лекарственную терапию могут быть обусловлены SNP-полиморфизмом генов, кодирующих ферменты биотрансформации лекарств (Сычев Д.А.,  2010). Гены системы биотрансформации кодируют большую группу ферментов, участвующих в детоксикации ксенобиотиков. Процесс детоксикации условно разделяют на фазу активации ксенобиотиков с образованием промежуточных метаболитов; фазу детоксикации, когда происходит превращение промежуточных метаболитов в растворимые в воде нетоксичные продукты, и фазу выведения. Установлено, что в метаболизме   большинства лекарственных средств,  ключевую роль играют цитохромы первых трех семейств (Петров В.И. и  соавт., 2010). Важным свойством цитохромов является их высокая стереоселективность по отношению к субстратам. При этом известно, что в биотрансформации лекарственных препаратов может принимать участие как один, так и несколько цитохромов (Kazuma K. et al., 2012). Целью нашей работы было изучение распространенности полиморфизмов CYP1A1(Ile462Val), CYP2C9*2, , СYP2B6*2, СYP2B6*6, CYP3A4*1В среди жителей г.Ростова-на-Дону.

По значению гидротермического коэффициента (ГТК) Г. Т. Селянинова Ростов-на-Дону находится в засушливой зоне (0,7–0,8). Период летней засухи обычно приходится на середину или вторую половину лета. В условиях степной зоны, для введения в культуру древесных растений, важны наблюдения за их развитием в экстремальные по засухе годы, что дает наиболее полную характеристику их свойств и декоративной долговечности. Из комплекса эколого-биологических свойств древесных интродуцентов (зимостойкость, засухоустойчивость, устойчивость к вредителям и болезням, семенная репродуктивность), засухоустойчивость считается важнейшей характеристикой. Целью исследований было оценить степень засухи в типичные годы (2010, 2014) и нетипичный 2020 год, используя ГТК; дать сравнительную оценку засухоустойчивости древесных растений коллекции Ботанического сада ЮФУ на примере рода Acer L. По значению ГТК (<0,6), засуха 2020 г. была экстремальной. Полное отсутствие осадков наблюдалось более 2,5 месяцев с августа до середины октября. В засуху 2020 г проявили хорошую засухоустойчивость (4 балла) − 18 видов. Среднюю устойчивость к засухе (3 балла) проявили 13 кленов. Слабо засухоустойчивыми оказались два вида. По результатам оценки засухоустойчивости видов в экстремальный по засухе 2020 год были выделены 15 наиболее засухоустойчивых кленов, с декоративной долговечностью 30−50 лет: Acer campestre, A. monspessulanum, A. monspessulanum subsp. ibericum, A. opalus, A. pentapomicum, A. platanoides, A. platanoides ‘Schwedleri’, A. platanoides ‘Globosum’, A. pseudoplatanus, A. pseudoplatanus ‘Purpureum’, A. saccharinum, A. tataricum, A. tataricum subsp. aidszuense, A. tataricum subsp ginnala, A. truncatum.

Ростовская область расположена в степной зоне, которая является наиболее трансформированным типом зональных ландшафтов Северной Евразии. Проблема сохранения биологического разнообразия в Ростовской области решается, в том числе, путём развития сети особо охраняемых природных территорий (ООПТ). В настоящее время в Ростовской области функционируют 84 особо охраняемые природные территории общей площадью 233,49 тыс. га, что составляет 2,32 % территории области. В процессе исследований определялось биологическое разнообразие растений и грибов на ООПТ областного значения категории охраняемый ландшафт, включая виды, внесённые в Красную книгу Ростовской области. Охраняемые ландшафты – это природные комплексы площадью более 100 га как естественного, так и искусственного происхождения, представляющие природоохранную, просветительскую, эстетическую и научную ценность. Охраняемые ландшафты имеются в 17-ти из 43-х административных районов Ростовской области. Общая площадь охраняемых ландшафтов составляет 21,51 тыс. га, или 9,2 % от общей площади ООПТ, функционирующих в Ростовской области. На территориях охраняемых ландшафтов произрастают не менее 1263 видов растений и редких грибов, в том числе 139 видов, внесённых в Красную книгу Ростовской области (50,9 % от общего числа «краснокнижных» объектов области), включая 31 вид, внесённый в Красную книгу Российской Федерации (60,8 % от общего числа «краснокнижных» федеральных объектов, произрастающих на территории Ростовской области). Концентрация на относительно небольшой по площади территории охраняемых ландшафтов значительного числа растений и грибов, внесённых в Красные книги Ростовской области и Российской Федерации, свидетельствует об их высокой природоохранной ценности.

В статье описываются два методических подхода по расчёту средней ожидаемой гетерозиготности ценопопуляций Quercus robur из разных экотопов. Изученные 13 ценопопуляций дуба черешчатого на территории Ростовской области, в зависимости от условий их произрастания, были разделены на три экотопа. Экотоп байрачных лесов – это древесные насаждения, которые произрастают только по склонам балок (байраков). Экотоп аренных лесов – это древостои, находящиеся на аренах (песчаных массивах надпойменных террас). Экотоп пойменных лесов – это ценопопуляции, расположенные в пойме реки. Исследование генетических характеристик ценопопуляций проводили методом ПЦР с использованием пяти олигонуклеотидных праймеров. Использовали метод межмикросателлитного анализа (ISSR-анализ). В первом методе расчёт средней ожидаемой гетерозиготности ценопопуляций Quercus robur из разных экотопов проводили с помощью средне взвешенного анализа, усредняя данные по каждой ценопопуляции входящей в экотоп. Во втором методе расчёта мы объединили изученные аллельные варианты (бинарные матрицы) по каждой ценопопуляции в три кластера (экотопа), и полученные общие матрицы пересчитали с использованием программы PopGen. Сравнение средних значений ожидаемой гетерозиготности ценопопуляций Quercus robur для каждого экотопа проводили попарно с использованием t-критерия Стьюдента. Все экотопы, рассчитанные на основе средне взвешенного анализа, характеризуются достоверными различиями по уровню ожидаемой гетерозиготности (Не) при уровне значимости p=0,05. Все экотопы, рассчитанные на основе общих матриц, характеризуются достоверными различиями по уровню ожидаемой гетерозиготности (Не)при уровне значимости p=0,01. Цель данной работы – провести сравнительный анализ двух предложенных методик расчёта средней ожидаемой гетерозиготности ценопопуляций Quercus robur из разных экотопов.

В последнее время усилилось крайне отрицательное влияние человека на зелёные насаждения в городской среде. Воздействие антропогенного загрязнения среды приводит к изменениям у растений внешнего облика, морфометрических параметров. Самым чувствительным и информативным органом, отражающим негативное влияние окружающей среды у растений, является лист. В статье рассматривается влияние городской среды (участки с высокой транспортной нагрузкой) на изменение морфологических параметров ассимиляционного аппарата у двух видов растений рода Quercus L., часто используемых в озеленении г. Калининграда. Цель данного исследования – изучение некоторых морфометрических показателей ассимиляционного аппарата у двух видов растений рода Quercus: robur L. и rubra L. в условиях урбанизированной среды (на примере г. Калининграда). Quercus robur L. местный вид, а Q. rubra L. интродуцент, введённый в культуру (Восточная Пруссия) в конце 19 века. В работе использовались общенаучные (наблюдение, описание, измерение, анализ, обобщение) и специальные методы биоэкологических исследований (анатомо-морфологические, статистические). Изучено жизненное состояние растений, флуктуирующая асимметрия листьев, морфометрические показатели ассимиляционного аппарата (величина годового прироста, величина листовой пластинки, количество устьиц на единицу площади и параметры устичьного аппарата). Одни изученные морфометрические показатели ассимиляционного аппарата у Q. robur L. и Q. rubra L. в условиях городской среды, указывают на повышение ксероморфности, другие же на её ослабление. И повышение, и ослабление показателей ксероморфности у данных видов надо рассматривать, как адаптивные реакции растений к негативным факторам загрязнения среды.

Исследования проводились в рамках проекта по определению ценности Стариковского участка Государственного природного биосферного заповедника «Ростовский» и предположительным возможным изменением состава растительного покрова, в связи с чем потребовалась повторная инвентаризация его флоры. В условиях строгого заповедного режима и усилившейся засухи произошли значимые изменения во флористическом составе – исчезли одни виды и появились другие. Некоторые из видов были переопределены. Определены также новые виды в числе 49 для территории Стариковского участка. В результате проведенных исследований была осуществлена реинвентаризация флоры Стариковского участка и составлен новый аннотированный список, включающий 312 видов высших сосудистых растений. Основное внимание уделялось видам сосудистых растений, занесенным в Красные книги РФ и Ростовской области, которых насчитывается 14: было зарегистрировано 7 видов дикорастущих высших сосудистых растений, занесенных в Красную книгу РФ: Stipa pulcherrima C. Koch, S. zalesskii Wilenskiy,  Tulipa schrenkii Regel, Iris pumila L., Calophaca wolgarica (L.fil.) Fisch. ex DC., Eriosynaphe longifolia (Fisch. ex Spreng.) DC. и Bellevalia sarmatica (Georgi) Woronow; еще 7 видов, занесенных только в Красную книгу Ростовской области: Stipa sareptana A.Beck., S. ucrainica P.Smirn., Psathyrostachys juncea (Fisch.) Nevski, Tulipa biflora Pall., Crambe tataria Sebeok, Astragalus physodes L., а также A. calycinus Bieb. – var. multiflorus Novopokr.. Последний отличается от кавказского вида красноватой вверху чашечкой, более длинными цветоносами и многоцветковыми соцветиями с более мелкими цветками. Также необходимо указать, что на Стариковском участке отмечено обильное разрастание лишайников, в том числе Cladonia convoluta (Lam.) Cout., Neofuscelia pulla (Ach.) Essl. и Cetraria steppae (Savicz) Kärnefelt, занесенных в Красную книгу области.

Приведён видовой состав чужеродной флоры Юга Российского Причерноморья. Проведён анализ таксономического, биоморфологического, гигроморфического спектров заносных видов. Классифицирован чужеродный компонент флоры по степени натурализации, происхождению, и времени заноса. Установлено, что иноземный компонент флоры региона наиболее представлен видами семейств Amaranthaceae, Asteraceae и Poaceae. По способу заноса большинство чужеродных видов растений является непреднамеренно занесенными и приурочено к нарушенным местообитаниям. При этом родиной 41 % всех непреднамеренно интродуцированных видов региона является Новый Свет. В результате пространственного моделирования установлено, что биоклиматические условия района исследований наиболее комфортны для произрастания только 74 из 182 наиболее агрессивных чужеродных видов растений. Проведено районирование изучаемого района, в ходе которого установлено, что площадь самого инвазионно-опасного района Большого Сочи составляет 1222.2 км2 (36 %).  

В результате анализа сайтов ботанических садов Минобрнауки РФ чётко обнаружен целый ряд проблем, с которыми в настоящее время индивидуально не может справиться ни один ботанический сад. Обосновывается необходимость выработать проект закона о ботанических садах.  

Д. С. Дзыбов указывает на обычность бородачевников на Северном Кавказе [5], однако синтаксономическая проработка растительности Скалистого хребта на территории КЧР в этом отношении отсутствует [19]. Н. Л. Цепкова, обращаясь к синтаксономии рядом расположенных высокогорных луговых степей Центрального Кавказа, не рассматривает низкогорные степи с участием Bothriochloa ischaemum [13]. При характеристике разнообразия травяных сообществ южного передового и главного Кавказских хребтов приводятся только высокогорные типы растительности [16]. При принятии решений при синтаксономическом анализе использовалась работа Б. М. Миркина с соавторами [11]. Изученные сообщества с участием Bothriochloa ischaemum представляют луговые каменистые степи низкогорий Северного Кавказа. Они ксеромезофильного характера и объединены в новой ассоциации Galio biebersteinii–Cephalarietum coriaceae. Сообщества субассоциации G. b.–C. c. stipetosum caucasicae являются отражением более инсолируемых, часто засушливых экологических условий. Диагностическими видами служат редкие и исчезающие виды, многие из которых занесены в Красные книги РФ и КЧР. По структуре и физиономии изученные сообщества сходны с каменистой растительностью горных массивов Центральной и Юго-Восточной Европы – ксерофильные открытые степные травяные сообщества на поверхностных каменистых известняках и кремнеземистых субстратах, представленных в порядке Stipo pulcherrimae-Festucetalia pallentis Pop 1968. Как показал анализ имеющегося синтаксономического материала сопредельных территорий, выделенная северокавказская ассоциация Galio biebersteinii–Cephalarietum coriaceae не может быть отнесена ни к одному из трёх союзов порядка Bromopsietalia cappadocicae Saitov et Mirkin 1991 (Bromopsietalia cappadocicae Didukh in Saitov et Mirkin 1996), выделенного для ксерофитной травяной и полукустарничковой растительности Горного Крыма [12] и позже принимаемого в качестве синонима  порядка Stipo pulcherrimae-Festucetalia pallentis [18], в связи с отсутствием диагностических видов этих союзов. На данном уровне синтаксономического анализа северо-кавказскую ассоциацию Galio biebersteinii–Cephalarietum coriaceae предлагается рассматривать в составе нового союза, включающего растительные сообщества обнажений известняков сниженных гор южного склона Скалистого хребта.