Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Род Ononis L. (стальник) во флоре России и сопредельных государств

ВАК РФ 03.02.01, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Род Ononis L. (стальник) во флоре России и сопредельных государств"

На правах рукописи

ЛУЖАНИН ВЛАДИМИР ГЕННАДЬЕВИЧ

РОД ONONIS L. (СТАЛЬНИК) ВО ФЛОРЕ РОССИИ И СОПРЕДЕЛЬНЫХ ГОСУДАРСТВ: СИСТЕМАТИКА И ФИЛОГЕНИЯ

03.02.01 - «Ботаника»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

г 1 ноя гт

005539 11 ^

Санкт-Петербург - 2013

005539173

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Ботаническом институте им. В.Л. Комарова Российской академии наук

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор Яковлев Геннадий Павлович

Официальные оппоненты: Соколов Дмитрий Дмитриевич

доктор биологических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», профессор

Смекалова Тамара Николаевна

кандидат биологических наук, государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства имени Н. И. Вавилова Российской академии сельскохозяйственных наук, заведующая отделом

Ведущая организация

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет»

Защита состоится «18» декабря 2013 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 002.211.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Ботаническом институте им. В.Л. Комарова Российской академии наук по адресу: 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 2. Тел./факс: (812) 372-54-43

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БИН РАН по адресу: 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 2.

Автореферат разослан «14» ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.211.01, кандидат биологических наук

О. Ю. Сизоненко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Систематика рода Ononis сложна по ряду причин. Скорее всего, активное видообразование в роде началось сравнительно недавно. Межвидовая гибридизация, которую отмечают некоторые исследователи, приводит к полиморфизму таксонов и подчас затрудняет определение границ их ареалов. Ключи, имеющиеся в литературе, не всегда позволяют достоверно определить гербарные образцы, относящиеся к рассматриваемому роду, поскольку морфологические признаки, указанные в протологах как видоспецифичные, зачастую маловыразительны, а сохранность гербарного материала не позволяет их анализировать. Кроме того, как показали наши полевые исследования, для представителей рода Ononis характерна высокая экологическая и внутрипопуляционная изменчивость. Имеются разные суждения касательно систематики на уровне видов, например, в обработке рода для «Flora Europaea» О. antiquorum и О. leiosperma рассматриваются как подвиды О. spinosa.

Последняя обработка рода Ononis в полном объёме была опубликована Г. И. Ширяевым более 80 лет назад. В ней автор проработал большинство доступных в то время материалов, используя сравнительно-морфологичесий и отчасти географический методы систематики. В пределах СССР род Ononis изучали О. А. Муравьёва, Б. А. Федченко и В. В. Мефферт, А. А. Гроссгейм, С. С. Станков, В. П. Голоскоков и М. Р. Расулова. Молекулярно-генетический, анатомический и фотохимический методы систематики для уточнения системы рода Ononis до настоящего времени не применялись.

Существует ещё одна, более общая проблема: не вполне понятно положение рода в семействе Fabaceae. В 1920-е годы М. Г. Попов, изучавший происхождение средиземноморской флоры, указал на возможную связь родов Ononis и Cicer. В 2010 г. на основе данных молекулярно-генетического анализа немецкими учёными во главе с F. Turini была установлена филогенетическая связь рода Ononis с родами Trigonella, Medicago и Galega. Связь между родами Ononis и Cicer с помощью молекулярно-генетического метода до настоящего времени не проверялась.

Цели и задачи исследования. Цель исследования — уточнить систематику и географическое распространение всех таксонов рода Ononis флоры России и сопредельных государств (под сопредельными государствами автором понимаются страны СНГ, а также Абхазия, Южная Осетия, Грузия, Латвия, Литва и Эстония), а также определить положение рода Ononis в семействе Fabaceae с позиции молекулярной генетики.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести морфологическое, географическое, анатомическое, молекулярно-генетическое и фотохимическое исследование всех таксонов рода Ononis флоры России и сопредельных государств.

2. На основании полученных данных предложить новую систематику рода Ononis во флоре России и сопредельных государств. .

3. Уточнить распространение видов рода Ononis на исследуемой территории.

4. На основании молекулярных данных установить положение рода Ononis в семействе Fabaceae.

Научная новизна. Впервые применены молекулярно-генетический, анатомический и фотохимический методы для познания систематики отечественных видов рода Ononis. В результате, для всех таксонов исследуемого рода во флоре России и сопредельных государств пересмотрен таксономический статус, составлен ключ для определения таксонов. На основании данных молекулярного анализа участков хлоропластных генов установлено положение рода в семействе Fabaceae. Также уточнены ареалы всех таксонов рода Ononis флоры России и сопредельных стран, указаны ранее неизвестные местонахождения представителей рода в Крыму. Впервые получены данные о химическом составе надземной части фармакопейных видов Ononis методом газовой хроматографии с масс-селективным детектором. Обнародованы новые номенклатурные комбинации: О. arvensis subsp. arvensis f. subrepens, О. arvensis subsp. spinescens, O. arvensis subsp. spinescens var. leiosperma и О. arvensis subsp. spinescens var. intermedia.

Практическая значимость. Некоторые представители рода Ononis примененяются в медицине, в частности, корни видов О. arvensis и О. spinosa являются лекарственным растительным сырьём, используемым для производства мочегонных и антигеморроидальных препаратов. В надземной части О. arvensis впервые был обнаружен додекаметилциклогексосилоксан, что определяет возможность использования экстракта, получаемого из данного вида сырья, в качестве компонента основы противовоспалительных кремов. Также установлено, что из всех изученных таксонов О. arvensis наиболее широким химическим составом обладает О. arvensis subsp. arvensis f arvensis, не имеющая колючек.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Научной конференции интернов СПХФА (Санкт-Петербург, 2011); Международной научной конференции, посвящённой 170-летию Сухумского ботанического сада, 115-летию Сухумского субтропического дендропарка, 80-летию профессора Г. Г. Айба и 105-летию профессора А. А. Колаковского «Проблемы охраны флоры и растительности на Кавказе» (Сухум, 2011); X Международной научно-практической конференции «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии» (Барнаул, 2011); II (X) Международной ботанической конференции молодых учёных в Санкт-Петербурге (Санкт-Петербург, 2012); III Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов с международным участием «Фармация — потенциал будущего» (Санкт-Петербург, 2013); Международной научно-практической конференции молодых учёных, посвящённой 70-легию Национальной академии наук Армении «Биоразнообразие и экологические проблемы сохранения дикой

природы» (Цахкадзор, 2013); Всероссийской конференции «Научные основы охраны и рационального природопользования растительного покрова Волжского бассейна», проводимой в рамках XIII Делегатского съезда РБО «Современная ботаника в России» (Тольятти, 2013); VII конференции по кариологии, кариосистематике и молекулярной филогении растений и II Школы-симпозиума памяти Г. А. Левитского «Хромосомы и эволюция» (Санкт-Петербург, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты сравнительно-морфологического, географического, анатомического, молекулярно-генетического и фотохимического исследований всех таксонов рода Ononis во флоре России и сопредельных государств.

2. Новый список таксонов рода Ononis во флоре России и сопредельных государств.

3. Географическое распространение всех таксонов рода Ononis на исследуемой территории.

4. Положение рода Ononis пределах семейства Fabaceae с точки зрения молекулярных данных некоторых участков ядерного и хлоропластного геномов.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, основных результатов и выводов, списка литературы (105 наименований) и одного приложения. Работа изложена на 119 страницах, содержит 37 рисунков и 12 таблиц.

В первой главе рассмотрена история изучения рода Ononis на исследуемой территории. Во второй главе приведены основные материалы и методы исследований, использованные в настоящей работе. В третьей, четвёртой, пятой и шестой главах приведены результаты сравнительно-морфологического, анатомического, молекулярно-генетического и фотохимического исследований соответственно всех таксонов рода Ononis флоры России и сопредельных государств. В седьмой главе приводится новый список таксонов рода Ononis во флоре России и сопредельных государств, предлагаемый автором на основе результатов проведённых исследований. Также приводится подробное обоснование списка таксонов, ключ для их определения и таксономический обзор рода Ononis во флоре России и сопредельных государств. В восьмой главе представлены карты-схемы географического распространения всех отечественных таксонов рода Ononis на исследуемой территории. В разделе «Основные результаты и выводы» приведены заключительные результаты и выводы по проделанной работе. Приложение 1 включает список исследованных гербарных образцов (specimina examinata).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Материалы и методы исследования

Основным материалом для исследования послужили образцы, хранящиеся в Гербарии сосудистых растений Ботанического института им. В. JI. Комарова РАН (LE), а также в гербариях Биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова (MW), Всероссийского научно-исследовательского института лекарственных и ароматических растений (MOSM), Томского университета (ТК) и Никитского ботанического сада HAH Украины (YALT). Был выполнен морфологический анализ европейских, кавказских, сибирских и среднеазиатских представителей рода, образцы которых хранятся в указанных гербариях. Параллельно проводилось картирование всего исследуемого материала. Были изучены типы названий всех представителей рода Ononis флоры России и сопредельных стран, в том числе гербарный материал, хранящийся в LE, и изображения типовых образцов, размещенные на интернет-ресурсе JSTOR plant Global (http://plants.jstor.org) и сайге Линневского общества в Лондоне (http://www.linnean.org).

В 2011-2012 гг. проводились полевые исследования в Псковской и Ленинградской областях, Краснодарском крае, Республике Адыгея и в Крыму. Был собран гербарный материал, относящийся к видам О. pusilla, О. arvensis и О. leiosperma. Была изучена морфологическая изменчивость этих видов на межпопуляционном и внутрипопуляционном уровнях.

Для анатомического исследования листьев и семенной кожуры использовался гербарный материал, хранящийся в Гербарии БИН РАН (LE). Исследование проводили с помощью светового (СМ) и трансмиссионного элеюронного микроскопов (ТЭМ).

Для молекулярно-генетического анализа использовался гербарный материал, относящийся к роду Ononis и хранящийся в Отделе Гербарий БИН РАН (LE), а также материал собственных сборов. В анализ также включены нуклеотидные последовательности исследуемых участков ядерных и хлоропластных генов большинства средиземноморских и западноевропейских видов рода Ononis, полученные из ГенБанка (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank). Выделение геномной ДНК, амплификацию и секвенирование проводили по классическим методикам.

В качестве сырья для фитохимического анализа методом газовой хроматографии с масс-селективным детектором использовалась высушенная надземная часть фармакопейных видов О. arvensis и О. spinosa. Идентификация соединений осуществлялась путём сравнения их масс-спектров с данными библиотек масс-спектров.

2. Результаты исследования

Согласно данным «Флоры СССР» (Муравьева, 1945), на территории России и сопредельных государств встречаются 7 видов рода Ononis: О. pusilla, О. arvensis, О. antiquorwn, О. intermedia, О. spinosa, О. repens, О. leiosperma. Вид О. arvensis представлен

тремя разновидностями: var. inermis (по правилам современной ботанической номенклатуры var. arvensis), var. spinescens и var. subrepens.

Согласно Ширяеву (1932), все виды рода Ononis флоры России и сопредельных государств относятся к секции Bugrana (по правилам современной ботанической номенклатуры секция Ononis), подсекциям Bugranoides и Acanthononis (по правилам современной ботанической номенклатуры подсекция Ononis).

В диссертационной работе приводятся результаты сравнительно-морфологического, анатомического, молскулярно-генетического и фотохимического исследований. Секции и подсекции указаны согласно системе Ширяева в «Generis Ononis revisio critica», а виды и внутривидовые таксоны — согласно системе Муравьёвой во «Флоре СССР».

Сравнительно-морфологическое исследование

Сравнительно-морфологический анализ, основанный в том числе на изучении типового материала, позволил установить, что на уровне подсекций систематически значимым признаком является окраска венчика. У вида О. pusilla — единственного отечественного представителя подсекции Bugranoides — венчик жёлтый. Остальные виды флоры России и сопредельных государств относятся к подсекции Ononis и имеют розовые или фиолетовые венчики.

Внутри подсекции Ononis систематически значимыми признаками являются тип соцветия и отношение длины чашечки к длине боба. У видов О. repens, О. spinosa, О. antiquorum и О. leiosperma цветки одиночные на концах стеблей и боковых ветвей, иногда образуют редкую кисть. А у видов О. arvensis и О. intermedia цветки собраны в пучки о двух цветках, расположенные на концах стеблей и боковых ветвей очередно и образующие густые соцветия.

Боб длиннее зубцов чашечки характерен лишь для вида О. spinosa, в то время как у остальных видов подсекции Ononis боб короче зубцов чашечки.

Анатомическое исследование листьев

В диссертационной работе приводятся результаты анатомического анализа листьев всех отечественных таксонов рода Ononis.

Анатомическое исследование листьев показало, что у представителей рода Ononis листья дорсивентральные, амфистоматические. Проводящий пучок, образующий жилку второго порядка, - закрытого коллатерального типа, смещён к нижней стороне листовой пластинки, с ксилемной и флоэмной сторон находятся 3-4 ряда клеток склеренхимы, расположенных веерообразно. Склеренхима вокруг проводящего пучка не замыкается. Клетки склеренхимы, которые примыкают к проводящему пучку, как правило имеют вытянутую форму. По периферии склеренхимной обкладки расположены кристаллоносные

клетки (по 3-4 клетки с ксилемной и флоэмной сторон). На поперечном срезе кристаллы ромбовидные, прикреплены ко внутренним клеточным стенкам кристаллоносных клеток при помощи целлюлозы.

Систематически значимые отличия в анатомическом строении листьев нам удалось обнаружить только на уровне секций. Отличие заключается в том, что у представителей подсекции Ononis клетки склеренхимы тонкостенные (рис. 1), а у вида О. pusilla (единственного отечественного представителя подсекции Bugranoides) - клетки склеренхимы с утолщёнными клеточными стенками (рис. 2).

Обозначения к рисункам:

Кр - кристаллы;

Кс - сосуды ксилемы;

С - склеренхима;

Фл - флоэма.

Рис. 1. Анатомическое строение листа Ononis arvensis (подсекция Ononis).

Масштабная

линейка равна 20 мкм.

Рис. 2. Анатомическое строение листа Ononis pusilla (подсекция Bugranoides).

Анатомическое исследование семенной кожуры

В диссертационной работе приведены результаты анатомического анализа семенной кожуры видов О. pusilla, О. arvensis, О. spinosa, О. leiosperma и О. antiquorum.

Семенная кожура у представителей рода Ononis состоит из тесты и тегмена. Наиболее выражена теста. У представителей подсекции Ononis (рис. 3) экзотеста состоит из одного слоя вытянутых в радиальном направлении палисадных клеток, заполненных флобафенами. Антиклинальные клеточные стенки утолщены в средней части. Некоторые группы клеток более вытянуты, в результате чего поверхность семени бугорчатая. Вслед за экзотестой расположен один ряд клеток гиподермы. Клетки гиподермы вытянуты в тангентальном направлении, их клеточные стенки утолщены равномерно и пронизаны порами. Эндотеста представлена 1-2 рядами неполностью облитерированных клеток. За эндотестой следует тегмен, образованный 3-4 рядами полностью облитерированных клеток. Клеточные стенки наружных клеток перисперма, примыкающие к тегмену, покрыты кутикулой. Перисперм состоит из 2 рядов клеток: наружный ряд облитерирован, внутренний ряд представлен

клетками, имеющими остатки цитоплазмы. За периспермом расположены несколько рядов облитерированных клеток эндосперма.

Систематически значимые отличия в анатомическом строении семенной кожуры нам удалось обнаружить только на уровне подсекций. В отличие от представителей подсекции Ononis, у вида О. pusilla (рис. 4) наружные клеточные стенки клеток экзотесты имеют фестончатые утолщения. Клетки гиподермы имеют неправильную форму и утолщены неравномерно. Клетки тегмена имеют тонкую клеточную стенку и полностью облитерированы, из-за чего тегмен просматривается только в электронный микроскоп. Перисперм представлен 1 рядом крупных клеток, содержащих пластиды и белковые тела. Эндосперм состоит из 3-4 рядов крупных клеток неправильной формы, за которыми следуют ещё 2 ряда облитерированных клеток.

Молекулярио-генетическое исследование

В представленной работе секвенированы последовательности района ITS 1-ген 5.8S pPHK-ITS2 ядерного генома, а также участки хлоропластных генов rbcL и matK всех 7 видов рода Ononis флоры России и сопредельных государств.

Чтобы определить положение видов рода Ononis, обитающих на территории России и сопредельных государств, в общей системе рода, была построена филограмма на основании результатов анализа нуклеотидных последовательностей полноразмерного участка ITS ядерного генома (рис. 5). При построении филограммы анализировались секвенированные нами последовательности отечественных таксонов рода Ononis, а также последовательности средиземноморских и западноевропейских видов, хранящиеся в Генбанке. Согласно

9

Рис. 3. Анатомическое строение семенной кожуры Рис. 4. Анатомическое строение семенной кожуры Ononis arvensis (подсекция Ononis). Ononis pusilla (подсекция Bugranoides).

Обозначения к рисункам: Эк - экзотеста; Гп - гиподерма; Эн - эндотеста; Тг - тегмен; П - перисперм. Масштабная линейка равна 20 мкм.

филограмме, род Ononis представлен пятью кладами с бутстрэп-индексами 98-99. Все виды, образующие кладу 1 (бутстрэп-индекс (далее: б/и) равен 98), относятся к секции Ononis. Эта клада содержит 8 достоверно (б/и = 86-99) выделяемых подклад, одна из которых образована видами подсекции Ononis, обитающими на территории России и сопредельных государств. Клады 2, 3 и 5 образованы видами секции Natrix, представители которой на территории России и сопредельных стран не встречаются. Клада 4 (б/и = 99) содержит 4 вида из секции Ononis подсекции Bugranoides, в том числе вид О. pusilla. Таким образом, разделение рода Ononis на секции Natrix и Ononis, предложенное Г. И. Ширяевым на основании изучения морфологии бобов, подтверждается молекулярными данными. Виды подсекции Bugranoides (в том числе О. pusilla) образуют филогенетически изолированную кладу (б/и = 99), что свидетельствует о возможном секционном ранге этого таксона.

На рис. 6 и 7 представлены филограммы, построенные на основании сравнения последовательностей участков хлоропластных генов rbcL и matK. Кроме нуклеотидных последовательностей образцов видов рода Ononis флоры России и сопредельных государств, в анализ были включены последовательности образцов некоторых видов секции Natrix.

Анализ нуклеотидных последовательностей участков rbcL и matK хлоропластного генома показал, что различия между последовательностями имеются только на уровне секций. Внутри подсекции Ononis воспроизводимых отличий нет.

Также в диссертационной работе приводятся результаты «ручного» анализа нуклеотидных последовательностей всех представителей рода Ononis флоры России и сопредельных государств с целью определить взаимоотношения близких таксонов между собой с точки зрения молекулярных данных. Нами были выбраны и проанализированы изменчивые позиции в нуклеотидных последовательностях для каждого из исследуемых образцов. На рис. 8 представлены изменчивые сайты нуклеотидных последовательностей района ITSl-ген 5.8S pPHK-ITS2 ядерного генома всех отечественных таксонов рода Ononis. Район делеции, характерный для видов подсекции Ononis, обозначен пунктирной линией. Количество изменчивых сайтов у вида О. pusilla относительно нуклеотидных последовательностей представителей подсекции Ononis составляет 103 пары нуклеотидов (далее — п. н.), в то время как внутри подсекции Ononis количество изменчивых сайтов между видами — 13 п. н. Таким образом, молекулярные данные показывают, что виды, образующие подсекцию Ononis, филогенетически близки друг к другу. Внутри подсекции Ononis наиболее различны между собой нуклеотидные последовательности образцов О. arvensis, О. spinosa и О. repens, что подтверждает самостоятельность этих видов. Нуклеотидные последовательности образцов О. intermedia и О. leiosperma отличаются от последовательности О. arvensis лишь по 2 п. н. Таким образом, самостоятельный видовой статус О. intermedia и О. leiosperma с точки зрения молекулярных данных не подтверждается.

0. arvensis О. ¡e'rosperma О. repens О. spinosa О. antiquOtum О. intermedia -О. rectnala

подсекция Ononis

- О. pusüia

- О. natrix

- Trigonella omähopodioides

подсекция Ononis

О. antiquorum О. arvensis О. leiosperma О. repens О. spinosa О. intermedia

— О. reciinata

— О. biffora

— О, natiix -О. pvsiUa

--Trigoneila föenum-graecum

Рис. 6. Филограмма, построенная методом Maximum Likelihood (Partial deletion) на основе сравнения последовательностей участка rbcL хлоропластного генома исследуемых представителей рода Ononis.

Рис. 7. Филограмма, построенная методом Maximum Likelihood (Partial deletion) на основе сравнения последовательностей участка matK хлоропластного генома исследуемых представителей рода Ononis.

Вид \ № изменчивого сайта О. spinosa ssp- antiquorura О. repens

О. arvensis var. arvensis О. spinosa О. leiosperma О. intermedia О. arvensis var. subrepens O. antiquorum

O. arvensis var. spinescens

O. pusilla

111

11111111112222222222333333333344444444445555S555S56S6S666666777777777788888888889999999999000 123456789012345678901234567890X23456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012

T---------------------------------------CAACCCAGTCACGGTGCGGTACAATCTCGCCTCCTGCGCGTCACCCTTTCTTAGCATCGCGA

.T

■ C

ATTGCCTTAGGTGTTCCACACCTCTGGCTTACCTCTGGTTTGGTGGG. АТС. AC. AT. ACGTTTC. GGTGGGTTCAT -AACTGGTACCAACATATT. TTTAC

.-Т.... .....с....

....с..... ,....с.. ..

....С.. ...т... . ... .с. ....с..... .....с.. . .

............................................G. -R. ....с.. ....с. ..т.. . ....с..... .....с....

....................................G..... ....CW. . R. . . . ....с. ..т.... ....с..... .....с.. . .

....с.. . .К.. . . ..У... . . .т.. . . ....с..... .....с.. . .

....с.. .-Т... ...т.. . . ..т.... ....с..... .....с.. . .

............................................А. . . . ...-С.. ..Т... .. .т____ ____с. ....с..... .....с.. . .

Рис.8. Изменчивые сайты нуклеотидных последовательностей района ITSl-ген 5.8S pPHK-ITS2 ядерного генома видов рода Ononis, обитающих на территории России и сопредельных государств. Обозначения полиморфных позиций (внутригеномный полиморфизм): R = А и G; Y = С и Т; K = GhT;W = AHT.

И

Т— зз

26

О. viscosa eufcsp. crotalariokfea

О. viacosa subsp. brevilbra

42

35

57

54

О antennata subsp. antennata

-O. pubascens

- O. skula

-О vaginalis

0. tazaensis

- O. aurasiaca

- О angustissima subsp. angustissima 34I— 0. ramosissima

—- 0. hebecarpa

■ 0. natrix subsp, prostrate

- O. paralias ■ 0. angustissima subsp, long/folia

О rnogadorerisis ~ 0. hesperia

O. striata

O. mmutissima

___ 0. pusilla [ подсекция

_. О. pusilla subsp. saxkola Г Bugmnoides 53'O. cepbahtes J

O. rotundihSa

O. tridentata subsp. trkieritata ■ О. Шкова ■ Trigor&lla loenum-graecum

I-1

0.01

Рис. 5. Филограмма, построенная методом Maximum Likelihood (Partial deletion) на основе сравнения последовательностей района ITS 1-ген 5.8S pPHK-ITS2 ядерного генома исследуемых представителей рода Ononis.

Нуклеотидная последовательность отечественных образцов, определяемых коллекторами как О. antiquorum, практически полностью совпадает с таковой у образца О. arvensis var. spinescens, но отличается от нуклеотидной последовательности южноевропейского образца вида О. spinosa L. subsp. antiquorum (L.) Briq. (= О. antiquorum L.) no 8 п.н. Таким образом, молекулярные данные свидетельствуют о том, что вид О. antiquorum на территории России и сопредельных государств, вероятнее всего, не встречается. Данные о нахождении этого вида в Средней Азии и на Кавказе относятся к О. arvensis var. spinescens.

Положение рода Onottis в семействе Fabaceae

Род Ononis относится к трибе Trifolieae семейства Fabaceae. Триба Trifolieae — высокоспециализированная группа, включающая 6 родов: Medicago, Melilotus, Ononis, Parochetus, Trifolium, Trigonella. На основе особенностей морфологии цветка принято выделять 3 подгрибы: Ononidinae, Parochetiinae и Trigonellinae. Стальник относится к монотипной подтрибе Ononidinae.

M. Г. Попов, изучавший происхождение средиземноморской флоры, в 1920-х годах указал на возможную филогенетическую связь между родами Ononis и Cicer. Во второй половине XIX века F. Alefeld выделил самостоятельную монотипную трибу Cicereae, что в настоящий момент принято в «Lequmes of the World». В 2004 г. M. Wojciechowski на основе данных молекулярно-генетического анализа отнёс трибу Cicereae вместе с трибой Galegeae к суперкладе, названной им «клада, лишённая обращенного повтора». В 2010 г. на основе результатов молекулярно-генетического анализа образцов западноевропейских видов рода Ononis группа немецких учёных во главе с F. Turini опубликовала статью, в которой представлена филогенетическая связь рода Ononis с родами Trigonella, Medicago и Galega. Филогенетическая связь между родами Ononis и Cicer с позиции молекулярных данных не проверялась.

Одной из задач настоящего исследования было проверить высказанные мнения о филогении рода Ononis в пределах семейства Fabaceae, используя молекулярные данные полноразмерного участка ITS ядерного генома, а также участков rbcL и matK хлоропластного генома.

На рис. 9 и 10 представлены филограммы, построенные на основе сравнения последовательностей участка ITSl-ген 5.8S pPHK-ITS2 ядерного генома и участка matK хлоропластного генома представителей исследуемых родов. Согласно данным филограммам, а также генетическим расстояниям, вычисленным методом p-distans, наиболее близкими к роду Ononis являются рода Trigonella и Medicago. Близкой филогенетической связи между родами Ononis, Cicer и Galega в обоих случаях не выявлено.

9S г- Ononis pusilla

- Ononis minutissima

100

г Ononis ar\ensls 100 L Ononis spinosa -Medicago sati\®

Medicago lupulina — Medicago minima

82

- Trigonella foenum-graecum -Trigonella stellata

100 г

100

100

Cicer canariense

— Cicer chorassanicum

- Cicer oxyodon Cicer microphyllum

- Galega officinalis

— Galega llndblomii

0,02

Рис. 9. Филограмма, построенная методом Maximum Likelihood (Partial deletion) на основе Ьравнения последовательностей участка ITS 1-ген 5.8S pPHK-ITS2 ядерного генома ¡представителей исследуемых родов.

99

1001

100

- Trigonella foenum-graecum

- Trigonella caerulea -Trigonella glabra

- Medicago sati\a

1001--

— Ononis pusilla i Ononis arvensis

1001 Ononis spinosa 1001-

- Cicer canariense

- Medicago lupulina minima

- Galega orientalis --Galega officinalis

I— Cicer chorassanicum

i— Cicer oxyodon 94Í-Cicer microphyllum

0,005

Рис. 10. Филограмма, построенная методом Maximum Likelihood (Partial deletion) на основе

Ьравнения последовательностей участка matK хлоропластного генома доследуемых родов.

представителен

На рис. 11 представлена филограмма, построенная на основе сравнения последовательностей участка rbcL хлоропластного генома представителей исследуемых родов. Согласно данной филограмме, а также генетическим расстояниям, вычисленным методом p-distans, наиболее близкими к роду Ononis являются рода Cicer и Medicago. Род Trigonella в данном случае оказался наиболее удалённым от Ononis.

Таким образом, предположение М. Г. Попова о возможной филогенетической связи средиземноморских родов Ononis и Cicer имеет определённые основания и отчасти подтверждается на уровне участка rbcL хлоропластного генома.

67

100

— Medicago minima

- Medicago lupulina — Medicago satiya

99

Ononis ar\«nsis

Ononis spinosa I— Ononis pusllla Cicer arietinum

- Trigonella omithopodioides

0.01

Рис. 11. Филограмма, построенная методом Maximum Likelihood (Partial deletion) на основе сравнения последовательностей участка rbcL хлоропластного генома представителей исследуемых родов.

Фитохимическое исследование

Сырьём для фитохимического анализа были надземные части разновидностей О. arvensis var. arvensis и О. arvensis var. spinescens, а также надземная часть вида О. spinosa. Виды О. arvensis и О. spinosa являются фармакопейными. В исследуемом сырье нами были обнаружены замещённые и незамещённые алканы, алкены, бициклический монотерпеноид и эфир фталевой кислоты. В таблице представлен список веществ, обнаруженных в каждом из исследованных образцов сырья.

Установлено, что наиболее богатым химическим составом обладает надземная часть разновидности О. arvensis var. arvensis, которая также содержит додекаметилциклогексасилоксан - кремнийсодержащее органическое соединение, широко используемое в косметологии в качестве основы для кремов.

16

Таблица

Список веществ, обнаруженных в исследованных образцах сырья

О. arvensis var. arvensis O. arvensis var. spinescens 0. spinosa

Octadecane Octadecane

Cyclododecane, ethyl- Heptadecane, 2,6,10,15-tetramethyl-

Nonacosane Nonadecane, 2-methyl- Nonadecane

Eicosane Eicosane Eicosane

Tetracosane Heneicosane

Pentacosane

Hexacosane

Octacosane

5-Tetradecene

6-Tetradecene

Bicyclo(3.1.1)heptane, 2,6,6-trimethyl- Bicyclo(3.1,1)heptane, 2,6,6-trimethyl-

Diisooctylphthalate

Cyclohexasiloxane, dodecamethyl-

Из двух разновидностей вида О. arvensis наиболее широкий химический состав у О. | arvensis var. arvensis (были обнаружены незамещённые и замещённые алканы, алкены, 'бициклический монотерпеноид и эфир фталевой кислоты), в то время как у О. arvensis var. 1spinescens были обнаружены только незамещённые и замещённые алканы, что позволяет предполагать более высокий таксономичекий статус для этих разновидностей. ' Химический состав надземной части О. spinosa по сравнению с прочими образцами I сырья оказался наименее разнообразен (были обнаружены лишь незамещённые алканы и

бициклический монотерпеноид).

Таким образом, фитохимический анализ показал значительные различия между химическим составом надземной часта О. arvensis var. arvensis и О. spinosa. Данный факт свидетельствует о самостоятельности данных таксонов с точки зрения хемосистематики.

Систематика рода Ononis флоры России и сопредельных государств

На основе результатов сравнительно-морфологического, географического, 'анатомического, молекулярно-генетического и фитохимического исследований нами был предложен новый список таксонов рода Ononis во флоре России и сопредельных государств. jBCe новые комбинации эффективно обнародованы в Ботаническом журнале (Лужанин и др., 2013). В диссертационной работе также приводится подробное обоснование данного списка , таксонов, ключ для их определения и таксономический обзор рода Ononis во флоре России и сопредельных государств.

I 17

Список таксонов рода Ononis флоры России и сопредельных государств

Секция Ononis (= секция Bugrana Griseb. emend. Schir.)

Подсекция Bugranoides Willk. emend. Schir.

1. O. pusilla L.

Подсекция Ononis (= подсекция Acanthononis Willk. emend. Schir.)

2. О . arvensis L. (= O. hircina Jacq.)

2a. O. arvensis subsp. arvensis (= O. hircina var. inermis Ledeb.)

O. arvensis subsp. arvensis f. arvensis

O. arvensis subsp. arvensis f. subrepens (Schmalh.) Luzhanin (= O. hircina var.

subrepens Schmalh.)

26. O. arvensis subsp. spinescens (Ledeb.) Luzhanin (= O. arvensis var. sinescens Ledeb.)

O. arvensis subsp. spinescens var. spinescens

O. arvensis subsp. spinescens var. leiosperma (Boiss.) Luzhanin (= O. leiosperma

Boiss.)

O. arvensis subsp. spinescens var. intermedia (C.A.Mey. ex Rouy et Foucaud)

Luzhanin (= O. intermedia C.A.Mey. ex Rouy et Foucaud)

3. O. repens L.

4. O. spinosa L.

Географическое распространение представителей рода Ononis в России и сопредельных государствах

В диссертационной работе представлены карты-схемы географического распространения всех отечественных таксонов рода Ononis на исследуемой территории. Для удобства использования полученных данных нами также приводится алфавитный список административных областей России и сопредельных государств, где отмечены местонахождения указанных таксонов.

Вид О. pusilla обитает на сухих каменистых горных склонах, реже среди кустарников в предгорьях. На территории России и сопредельных стран распространён в Крыму и на Кавказе (рис. 12).

Вид О. arvensis обитает на лугах, на межах, среди кустарников, иногда по берегам рек; растёт на глинистой, известковой или чернозёмной почве.

Типовая форма О. arvensis subsp. arvensis f. arvensis широко распространена в большинстве районов Восточной Европы, Северном Казахстане и юго-западной части Западной Сибири (рис. 13). Типовая разновидность О. arvensis subsp. spinescens var. spinescens широко распространена в южных районах Восточной Европы, на северо-западе Казахстана и в Средней Азии (рис. 13).

допредельных государств.

Форма О. arvensis subsp. arvensis f. subrepens на территории России и сопредельных стран встречается редко. Известны лишь немногочисленные популяции на юге европейской ,части России, юго-востоке Украины, в Азербайджане и отдельных районах Северного Казахстана (рис. 13).

Разновидность О. arvensis subsp. spinescens var. intermedia встречается в восточных ¡областях Украины, на юге европейской части России, а также в Оренбургской области и ¡граничащих с нею областях Северного Казахстана (рис. 14).

Разновидность О. arvensis subsp. spinescens var. leiosperma встречается на территории Крыма (южная и юго-восточная его части, включая Керченский полуостров), а также на юго-востоке Кавказа (рис. 14).

Вид О. repens обитает на влажных лугах, иногда среди кустарников. На территории России является заносным (был собран Н. H. Цвелёвым в 2002 г. у корабельной пристани в Ькрестностях г. Приморска Ленинградской обл., однако при посещении этого местонахождения в 2012 г. Нами обнаружен не был). Из сопредельных с Россией стран О. repens распространён в Эстонии и Белоруссии (рис. 14).

Вид О. spinosa обитает на влажных лугах, пашнях и пастбищах, у дорог, по берегам рек. Вид не обнаружен на исследуемой территории, но широко распространён в Центральной ¡Европе. В Гербарии LE имеются многочисленные гербарные образцы О. spinosa с территории Люблинского и Мазовецкого воеводств (Восточная Польша). По нашему мнению, этот вид может быть обнаружен на западе Белоруссии и северо-востоке Украины ¡¡'районы, граничащие с Восточной Польшей).

Рис. 13. Географическое распространение таксонов О. аг\етг$ эиЬзр. аг\ет1В £ агчетгз, О. агчет1з виЬзр. зр1пеэсепз уаг. ¿/згяе.усега' И О. атет1я БиЬвр. агуетмг'.у £ яиЬгерет на территории России и сопредельных государств.

Рис. 14. Географическое распространение таксонов О. repens, О. arvensis subsp. spinescens var. leiosperma и О. arvensis subsp. spinescens var. intermedia на территории России и сопредельных государств.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Представлен новый список таксонов рода Ononis во флоре России и сопредельных государств, включающий 4 вида рода Ononis, относящиеся к секции Ononis'. О. pusilla (подсекция Bugranoides) и О. arvensis, О. spinosa, О. repens (подсекция Ononis). Вид О. arvensis представлен 2 подвидами: О. arvensis subsp. arvensis и О. arvensis subsp. spinescens. Подвид О. arvensis subsp. arvensis представлен типовой формой и формой f. subrepens. Подвид О. arvensis subsp. spinescens представлен тремя разновидностями: типовой, var. leiosperma и var. intermedia. Вид О. antiquorum на территории России и сопредельных государств, вероятнее всего, не встречается, а данные о нахождении его в Средней Азии и на Кавказе относятся к О. arvensis subsp. spinescens var. spinescens.

2. Обнародованы новые номенклатурные комбинации: О. arvensis subsp. arvensis f. ubrepens, О. arvensis subsp. spinescens, O. arvensis subsp. spinescens var. leiosperma и О.

arvensis subsp. spinescens var. intermedia.

3. Установлено, что систематически значимым морфологическим признаком для отечественных таксонов рода Ononis на уровне подсекций является цвет венчика, а внутри подсекции Ononis — тип соцветия и отношение длины боба к длине чашечки.

4. Изучено и описано анатомическое строение листьев и семенной кожуры таксонов ода Ononis флоры России и сопредельных государств. Систематически значимые признаки

выявлены только на уровне подсекций.

5. Для всех таксонов рода Ononis флоры России и сопредельных государств получены молекулярные данные участка ITSl-ген 5.8S pPHK-ITS2 ядерного генома, а также участков bcL и matK хлоропластного генома. Полученные молекулярно-филогенетические данные согласуются с представлением Г. И. Ширяева о секционном делении рода Ononis. Анализ изменчивых сайтов нуклеотидных последовательностей участка ITSl-ген 5.8S pPHK-ITS2

дерного генома позволил уточнить внутривидовой ранг таксонов О. arvensis subsp. pinescens var. leiosperma и О. arvensis subsp. spinescens var. intermedia.

5. Установлена филогенетическая связь между родами Ononis, Trigonella и Medicago по результатам анализа молекулярных данных участка ITSl-ген 5.8S pPHK-ITS2 ядерного генома и участка matK хлоропластного генома, а также филогенетическая связь между ¡одами Ononis и Сгсег по результатам анализа молекулярных данных участка rbcL

-лоропластного генома.

6. Фотохимический анализ показал значительные различия между химическим составом надземной части О. arvensis ssp. arvensis и О. spinosa. Данный факт подтверждает самостоятельный видовой статус данных таксонов с точки зрения хемосистематики. Наличие циклогексасилоксана в надземной части О. arvensis ssp. arvensis обуславливает возможность использование экстракта в качестве компонента основы кремов, обладающих противовоспалительным действием.

7. Составлены карты-схемы географического распространения всех таксонов рода Ononis во флоре России и сопредельных стран. Род Ononis имеет дизъюнктивный западноевразиатский ареал. Его представотели широко распространены в большинстве районов Восточной Европы, в Средней Азии и Казахстане, а также в юго-западной части Западной Сибири.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Лужанин В. Г. Возможные районы заготовки растительного сырья различных видов стальника на территории Кавказа // Тез. докл. науч. конф. интернов 25-27 июля 2011 г. — СПб.: Изд-во СПХФА, 2011. — С. 172-174.

2. Лужанин В. Г. Род Ononis во флоре Кавказа // Проблемы охраны флоры и растительности на Кавказе (Материалы Междунар. науч. конф., посвящённой 170-летию Сухумского ботан. сада, 115-летию Сухумского субтропич. дендропарка, 80-летию проф. Г. Г. Айба и 105-летию проф. А. А. Колаковского. Сухум, 5-9 октября 2011 г.). — Сухум, 2011. — С. 272-278.

3. Лужанин В. Г. Род Ononis во флоре Средней Азии // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии: Сб. науч. ст. по материалам X Междунар. науч.-практ. конф. (24-27 октября 2011 г.,Барнаул). —Барнаул: АРКТИКА, 2011. —С. 85-87.

4. Лужанин В. Г. Особенности систематики некоторых видов рода Ononis, произрастающих на территории Крыма // Тез. докл. II (X) Междунар. ботан. конф. молодых учёных в Санкт-Петербурге 11-16 ноября 2012 года. — СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012, —С. 18.

5. Лужанин В. Г. Молекулярно-филогенетическое исследование представителей рода Ononis флоры России и сопредельных государств // Сб. материалов III Всерос. науч. конф. студентов и аспирантов с междунар. участием «Молодая фармация — потенциал будущего», Санкт-Петербург, 25-26 апреля 2013 г. — СПб.: Изд-во СПХФА, 2013. — С. 255.

6. Лужанин В. Г. Род Ononis во флоре Армении // Биоразнообразие и экологические проблемы сохранения дикой природы: Сб. ст. междунар. науч. конф. молодых учёных, посвящённой 70-летию Национальной академии наук Армении (Армения, Цахкадзор, 3-5 мая 2013).— Ереван, 2013. — С. 142.

7. Лужанин В. Г., Родионов А. В., Яковлев Г. П. Молекулярно-филогенетическое исследование рода Ononis L. (Fabaceae) во флоре России и сопредельных государств // Ботанический журнал. — 2013. — Т. 98, № 5. — С. 629-637.

8. Лужанин В. Г. Род Ononis L. во флоре России и сопредельных государств // Современная ботаника в России: Тр. ХП1 съезда Русского ботан. о-ва и конф. «Научные основы охраны и рационального использования растительного покрова Волжского бассейна» (Тольятти, 16-22 сентября 2013 г.). Т. 2: Систематика и география сосудистых растений. Сравнительная флористика. Геоботаника. — Тольятти: Кассандра, 2013. — С. 38.

9. Лужанин В. Г., Гельтман Д. В., Родионов А. В., Яковлев Г. П. Род Ononis (Fabaceae) во флоре России и сопредельных государств // Ботан. журн. — 2013. — Т. 98, № 11. — С. 1403-1415.

10. Лужанин В. Г. Положение рода Ononis в семействе Fabaceae с точки зрения молекулярной генетики // Сб. материалов VII Конф. по кариологии, кариосистематике и молекулярной филогении растений. — СПб., 2013. — С. 75.

На правах рукописи

Лужанин Владимир Геннадьевич

РОД ONONIS L. (СТАЛЬНИК) ВО ФЛОРЕ РОССИИ И СОПРЕДЕЛЬНЫХ ГОСУДАРСТВ: СИСТЕМАТИКА И ФИЛОГЕНИЯ

03.02.01 —«Ботаника»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Печать А. В. Пономарева

Подписано к печати 13.11.2013. Формат 60 х 90/16. Бумага тип. Печать ризограф. _Гарнитура «Тайме». Печ. л.1,5. Тираж ISO экз. Заказ 1202_

Санкт-Петербург 2013

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Лужанин, Владимир Геннадьевич, Санкт-Петербург

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ БОТАНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. В.Л. КОМАРОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

04201453832

На правах рукописи

ЛУЖАНИН ВЛАДИМИР ГЕННАДЬЕВИЧ

Род Ononis L. (стальник) во флоре России и сопредельных государств:

систематика и филогения

03.02.01 - «Ботаника»

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научный руководитель доктор биологических наук Г. П. Яковлев

Санкт-Петербург 2013

Содержание

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................4

ГЛАВА 1. История изучения рода Ononis L..................................................9

ГЛАВА 2. Материалы и методы...............................................................17

2.1 Материалы и методы исследования..............................................17

2.2 Типовой материал исследуемых таксонов.......................................21

ГЛАВА 3. Морфологические особенности видов рода Ononis L......................35

3.1 Жизненные формы, стебель и лист...................................................35

3.2 Цветок и соцветие.........................................................................................41

3.3 Плод и семя....................................................................................................46

ГЛАВА 4. Особенности анатомического строения листьев и семенной кожуры видов рода Ononis L.....................................................................................................49

4.1 Строение листьев...........................................................................................49

4.2 Строение семенной кожуры.........................................................................53

ГЛАВА 5. Молекулярно-филогенетическое исследование рода Ononis L.............57

5.1 Положение исследуемых таксонов в общей системе рода........................57

5.2 Сравнительный анализ молекулярных данных исследуемых таксонов..........................................................................................................................61

5.3 Положение рода Ononis L. в семействе Fabaceae.....................................64

ГЛАВА 6. Фитохимическое исследование надземной части некоторых таксонов рода Ononis L.................................................................................................................69

6.1 Результаты фитохимического исследования..............................................69

6.2 Применение в медицине представителей рода Ononis L............................78

ГЛАВА 7. Систематика рода Ononis L. во флоре России и сопредельных стран................................................................................................................................80

7.1 Список таксонов рода Ononis L. флоры России и сопредельных государств........................................................................................................80

7.2 Обоснование новой систематики рода Ononis L.......................................81

7.3 Ключ для определения таксонов рода Ononis L........................................87

7.4 Таксономический обзор рода Ononis L......................................................89

ГЛАВА 8. Географическое распространение представителей рода Ononis L. во

флоре России и сопредельных государств..................................................................95

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ...............................................................102

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................104

Приложение (specimina examinata)............................................................................113

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Систематика рода Ononis сложна по ряду причин. Скорее всего, активное видообразование в роде началось сравнительно недавно. Межвидовая гибридизация, которую отмечают некоторые исследователи, приводит к полиморфизму таксонов и подчас затрудняет определение границ их ареалов. Ключи, имеющиеся в литературе, не всегда позволяют достоверно определить гербарные образцы, относящиеся к рассматриваемому роду, поскольку морфологические признаки, указанные в протологах как видоспецифичные, зачастую маловыразительны, а сохранность гербарного материала не позволяет их анализировать. Кроме того, как показали наши полевые исследования, для представителей рода Ononis характерна высокая экологическая и внутрипопуляционная изменчивость. Имеются разные суждения касательно систематики на уровне видов, например, в обработке рода для «Flora Europaea» О. antiquorum и О. leiosperma рассматриваются как подвиды О. spinosa.

Последняя обработка рода Ononis в полном объёме была опубликована Г. И. Ширяевым более 80 лет назад. В ней автор проработал большинство доступных в то время материалов, используя сравнительно-морфологичесий и отчасти географический методы систематики. В пределах СССР род Ononis изучали О. А. Муравьёва, Б. А. Федченко и В. В. Мефферт, А. А. Гроссгейм, С. С. Станков, В. П. Голоскоков и М. Р. Расулова. Молекулярно-генетический, анатомический и фитохимический методы систематики для уточнения системы рода Ononis до настоящего времени не применялись.

Существует ещё одна, более общая проблема: не вполне понятно положение рода в семействе Fabaceae. В 1920-е годы М. Г. Попов, изучавший происхождение средиземноморской флоры, указал на возможную связь родов Ononis и Cicer. В 2010 г. на основе данных молекулярно-генетического анализа немецкими учёными во главе с F. Turini была установлена филогенетическая связь рода Ononis с родами Trigonella, Medicago и Galega. Связь между родами Ononis и Cicer с помощью молекулярно-генетического метода до настоящего времени не проверялась.

Цели и задачи исследования. Цель исследования — уточнить систематику и географическое распространение всех таксонов рода Ononis флоры России и сопредельных государств (под сопредельными государствами автором понимаются страны СНГ, а также Абхазия, Южная Осетия, Грузия, Латвия, Литва и Эстония), а также определить положение рода Ononis в семействе Fabaceae с позиции молекулярной генетики.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести морфологическое, географическое, анатомическое, молекулярно-генетическое и фитохимическое исследование всех таксонов рода Ononis флоры России и сопредельных государств.

2. На основании полученных данных предложить новую систематику рода Ononis во флоре России и сопредельных государств.

3. Уточнить распространение видов рода Ononis на исследуемой территории.

4. На основании молекулярных данных установить положение рода Ononis в семействе Fabaceae.

Научная новизна. Впервые применены молекулярно-генетический, анатомический и фитохимический методы для познания систематики отечественных видов рода Ononis. В результате, для всех таксонов исследуемого рода во флоре России и сопредельных государств пересмотрен таксономический статус, составлен ключ для определения таксонов. На основании данных молекулярного анализа участков хлоропластных генов установлено положение рода в семействе Fabaceae. Также уточнены ареалы всех таксонов рода Ononis флоры России и сопредельных стран, указаны ранее неизвестные местонахождения представителей рода в Крыму. Впервые получены данные о химическом составе надземной части фармакопейных видов Ononis методом газовой хроматографии с масс-селективным детектором. Обнародованы новые номенклатурные комбинации: О. arvensis subsp. arvensis f. subrepens, О. arvensis subsp. spinescens, O. arvensis subsp. spinescens var. leiosperma и О. arvensis subsp. spinescens var. intermedia.

Практическая значимость. Некоторые представители рода Ononis применеияются в медицине, в частности, корни видов О. arvensis и О. spinosa являются лекарственным растительным сырьём, используемым для производства мочегонных и антигеморроидальных препаратов. В надземной части О. arvensis впервые был обнаружен додекаметилциклогексосилоксан, что определяет возможность использования экстракта, получаемого из данного вида сырья, в качестве компонента основы противовоспалительных кремов. Также установлено, что из всех изученных таксонов О. arvensis наиболее широким химическим составом обладает О. arvensis subsp. arvensis f. arvensis, не имеющая колючек.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Научной конференции интернов СПХФА (Санкт-Петербург, Россия, 2011); Международной научной конференции, посвящённой 170-летию Сухумского ботанического сада, 115-летию Сухумского субтропического дендропарка, 80-летию профессора Г. Г. Айба и 105-летию профессора А. А. Колаковского «Проблемы охраны флоры и растительности на Кавказе» (Сухум, Абхазия, 2011); X Международной научно-практической конференции «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии» (Барнаул, Россия, 2011); II (X) Международной ботанической конференции молодых учёных в Санкт-Петербурге (Санкт-Петербург, Россия, 2012); III Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов с международным участием «Фармация — потенциал будущего» (Санкт-Петербург, Россия, 2013); Международной научно-практической конференции молодых учёных, посвящённой 70-летию Национальной академии наук Армении «Биоразнообразие и экологические проблемы сохранения дикой природы» (Цахкадзор, Армения, 2013); Всероссийской конференции «Научные основы охраны и рационального природопользования растительного покрова Волжского бассейна», проводимой в рамках XIII Делегатского съезда РБО «Современная ботаника в России» (Тольятти, Россия, 2013); VII конференции по кариологии, кариосистематике и молекулярной филогении растений и II Школы-симпозиума памяти Г. А. Левитского «Хромосомы и эволюция» (Санкт-Петербург, Россия, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты сравнительно-морфологического, географического, анатомического, молекулярно-генетического и фитохимического исследований всех таксонов рода Ononis во флоре России и сопредельных государств.

2. Новый список таксонов рода Ononis во флоре России и сопредельных государств.

3. Географическое распространение всех таксонов рода Ononis на исследуемой территории.

4. Положение рода Ononis пределах семейства Fabaceae с точки зрения молекулярных данных некоторых участков ядерного и хлоропластного геномов.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, основных результатов и выводов, списка литературы (105 наименований) и одного приложения. Работа изложена на 133 страницах, содержит 37 рисунков и 12 таблиц.

В первой главе рассмотрена история изучения рода Ononis на исследуемой территории. Во второй главе приведены основные материалы и методы исследований, использованные в настоящей работе. В третьей, четвёртой, пятой и шестой главах приведены результаты сравнительно-морфологического, анатомического, молекулярно-генетического и фитохимического исследований соответственно всех таксонов рода Ononis флоры России и сопредельных государств. Секции и подсекции указываются согласно системе Ширяева в «Generis Ononis revisio critica» (1932), а виды и внутривидовые таксоны — согласно системе Муравьёвой во «Флоре СССР» (1945). В седьмой главе приводится новый список таксонов рода Ononis во флоре России и сопредельных государств, предлагаемый автором на основе результатов проведённых исследований. Также приводится подробное обоснование списка таксонов, ключ для их определения и таксономический обзор рода Ononis во флоре России и сопредельных государств. В восьмой главе представлены карты-схемы

географического распространения всех отечественных таксонов рода Ononis на исследуемой территории. В разделе «Основные результаты и выводы» приведены заключительные результаты и выводы по проделанной работе. Приложение 1 включает список исследованных гербарных образцов (specimina examinata).

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 12-04-01470 и 13-04-00852) и гранта Президента России для поддержки ведущих научных школ (НШ-7009.2012.4).

ГЛАВА 1. История изучения рода Ononis L.

Впервые род Ononis L. (стальник) был описан К. Линнеем в Species Plantarum (Linnaeus, 1753). Род Ononis относится к семейству Fabaceae, подсемейству Faboideae, трибе Trifolieae. Триба Trifolieae включает 6 родов: Medicago, Melilotus, Ononis, Parochetus, Trifolium, Trigonella и насчитывает около 500 видов. На основе особенностей морфологии цветка принято выделять 3 подтрибы: Ononidinae, Parochetiinae и Trigonellinae. Род Ononis относится к монотипной подтрибе Ononidinae (Яковлев, 1991; Steele & Wojciechowski, 2003), которая иногда рассматривается в качестве самостоятельной трибы (Hutchinson, 1964; Morisset, 1978; Allen & Allen, 1981; Heyn, 1981). Основной морфологической особенностью цветка представителей рода Ononis являются сросшиеся тычинки и диморфные пыльники.

Представители рода Ononis — многолетние травы или полукустарнички с прямыми или восходящими опушёнными стеблями с колючками или без них. Листья с прилистниками, тройчатосложные или однолисточковые. Цветки располагаются в пазухах прицветных листьев и могут образовывать на концах стеблей кистевидное или колосовидное соцветие. Чашечка глубоко 5-раздельная на узкие доли, венчик обычно розовый или жёлтый, с клювовидно-заострённой лодочкой. Боб короткий, обычно вздутый, семена бугорчатые или гладкие.

Род включает 75-80 видов, населяющих Средиземноморье, Канарские острова, Европу, Западную Азию и Северную Африку. Наиболее широко род Ononis распространён в Марокко (52 вида), Испании и Алжире (по 44 вида). Около 25 видов встречается на территории, Италии, Сицилии, Турции, Сирии и

V

Малой Азии (Sirjaev, 1934). На территории современной Европы произрастает 49 видов (Ivimey-Cook, 1968).

Последняя обработка рода Ononis в полном объёме была опубликована Г. И. Ширяевым (Sirjaev, 1932). В ней на основании изучения морфологии бобов были выделены 2 секции: Natrix Griseb. em. Schir. (10 подсекций, 29 видов) и Bugrana Griseb. em. Schir. (12 подсекций, 38 видов). Эта система в несколько измененном и упрощенном виде чаще всего использовалась при обработке рода последующими

авторами. Согласно Ширяеву (1932), виды, обитающие на территории России и сопредельных государств, относятся к секции Bugrana (по правилам современной ботанической номенклатуры секция Ononis), подсекциям Bugranoides Willk. em. Schir. и Acanthononis Willk. em. Schir (по правилам современной ботанической номенклатуры подсекция Ononis). Обрабатывавшая род Ononis во «Флоре СССР» O.A. Муравьёва (1945) повысила ранг подсекций Ononis и Bugranoides до секций.

Весомый вклад в познание систематики рассматриваемого рода сделан обработкой рода во «Flora Europaea» (Ivimey-Cook, 1968), где принята классификация Ширяева.

Согласно литературным данным (Муравьёва, 1945; Федченко, Мефферт 1950; Гроссгейм, 1952; Станков, 1960; Голоскоков, 1961; Шишкина, 1964; Расулова, 1978; Благовещенский и др., 1984; Васильченко, 1987; Никитин, Гельдиханов, 1988; Курбатский, 1994; Yakovlev et al., 1996; Цвелев, 2000; Маевский, 2006; Муртазалиев, 2009), на территории России и сопредельных государств встречаются 7 видов рода Ononis: О. pusilla L. (с. маленький), О. arvensis L. (с. полевой), О. antiquorum L. (с. древних), О. intermedia С. А. Меу. ех Becker (с. промежуточный), О. spinosa L. (с. колючий), О. repens L. (с. ползучий), О. leiosperma Boiss. (с. гладкосемянный).

О. pusilla (= О. columnae All.) - единственный представитель подсекции Bugranoides во флоре России и сопредельных государств, отличающийся от прочих отечественных представителей рода жёлтым венчиком. Этот вид описан из Южной Европы (Linnaeus, 1759). Синонимичное название О. columnae (Allioni, 1785; Tjaden, 1970) широко использовалось коллекторами в LE и MW до опубликования 11 тома «Флоры СССР» (1945). На территории России и сопредельных государств О. pusilla распространён в Крыму и на Кавказе (Муравьёва, 1945; Гроссгейм, 1952; Станков, 1960; Голубев, 1996). Все остальные виды рода Ononis относятся к подсекции Ononis и имеют розовые или фиолетовые венчики.

Вид О. arvensis (= О. hircina Jacq.) описан К. Линнеем из Европы (Linnaeus, 1759). Согласно литературным данным (Ledebour, 1842; Шмальгаузен, 1895;

и

Муравьёва, 1945), на территории России и сопредельных стран вид О. arvensis представлен тремя разновидностями: var. inermis Ledeb. (по правилам современной ботанической номенклатуры var. arvensis), var. spinescens Ledeb. и var. subrepens Schmalh. Синонимичное название О. hircina (Jacquin, 1770) широко использовалось коллекторами в LE и MW до опубликования 11 тома «Флоры СССР» (1945). Ареал О. arvensis охватывает большую часть Европейской территории России, Белоруссию, Украину, Молдавию и страны Балтии. Также О. arvensis произрастает практически на всей территории Кавказа и Закавказья, исключая пустынные районы Прикаспийской низменности. Отдельные фрагменты ареала заходят на территорию юга Западной Сибири и северовосточного Казахстана. Изолированные местонахождения встречаются в Мугоджарах, в Северном Казахстане, а также - в окрестностях Байконура и в горах Актау (Севернее Караганды). В Средней Азии отдельные местонахождения выявлены в южных предгорьях хребта Каратау, в пойме реки Сырдарьи и в долине Пянджа от Дарвазского до Ваханского хребтов (Атлас..., 1980; Муравьева, 1945; Гроссгейм, 1952; Васильченко, 1987; Курбатский, 1994).

Вид О. spinosa описан К. Линнеем из Средней Европы (Linnaeus, 1759). Некоторые авторы высказывают сомнения относительно произрастания этого вида на территории России и сопредельных государств (Муравьева, 1945; Станков, 1960). Из-за недостаточно полного описания О. spinosa, указанного в протологе, а также из-за отсутствия авторского типового материала, Jarvis et al. (1983) предложили отвергнуть этот вид, что было поддержано The Committee for Spermatophyta (in Taxon 34: 662, 1985), однако изменение в ст. 69 Международного кодекса ботанической номенклатуры, утверждённое в 1987 г. на Международном ботаническом конгрессе в Берлине, позволило сохранить видовое название О. spinosa, вследствие чего это название было законсервировано и выбран консервированный тип (Jarvis et al. in Brummit, 1989).

Вид О. repens описан К. Линнеем из Южной Европы (Linnaeus, 1753). Из сопредельных с Рос