Левчик Наталія Яківна. Біолого-морфологічні особливості видів роду Vitex L. в умовах Правобережного Лісостепу України

Короткий опис

Левчик Наталія Яківна. Біолого-морфологічні особливості видів роду Vitex L. в умовах Правобережного Лісостепу України.- Дисертація канд. біол. наук: 03.00.05, НАН України, Нац. ботан. сад ім. М. М. Гришка. - Київ, 2015.- 210 с.

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка
На правах рукопису
Левчик Наталія Яківна
УДК 582.929.3:[581.522.4+581.95]:581.4(477:292.485)
БІОЛОГО-МОРФОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ВИДІВ
РОДУ VITEX L. В УМОВАХ ПРАВОБЕРЕЖНОГО
ЛІСОСТЕПУ УКРАЇНИ
03.00.05 - ботаніка
Дисертація на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Науковий керівник: доктор с.-г. наук, професор Рахметов Д.Б.
Київ - 2015
ЗМІСТ
ВСТУП
РОЗДІЛ 1. ІСТОРІЯ ІНТРОДУКЦІЇ, СИСТЕМАТИКА ТА
ВИКОРИСТАННЯ РОСЛИН ВИДІВ РОДУ VITEX L.
1.1. Систематика, походження, культигенний та природний
ареали рослин видів роду Vitex L. 10
1.2. Біолого-екологічна характеристика рослин 15
1.3. Біохімічний склад і корисні властивості рослин 19
1.4. Технологія розмноження та культивування рослин видів
роду Vitex 25
1.5. Історія вивчення та застосування рослин 27
1.6. Інтродукційні дослідження рослин видів роду Vitex у
світі та в Україні 31
РОЗДІЛ 2. УМОВИ, ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Характеристика ґрунтово-кліматичних умов
Правобережного Лісостепу України 40
2.2. Аналіз погодних умов років досліджень 44
2.3. Об'єкти та предмет досліджень 53
2.4. Методи та методики досліджень 53
РОЗДІЛ 3. МОРФОЛОГО-АНАТОМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ
ВЕГЕТАТАТИВНИХ ТА ГЕНЕРАТИВНИХ ОРГАНІВ РОСЛИН ВИДІВ РОДУ VITEX L.
3.1. Біолого-морфологічна характеристика рослин видів
роду Vitex 56
3.2. Морфологічні особливості пагона 59
3.3. Видові ознаки в морфологічній та анатомічній будові
листка 64
3.4. Особливості будови квітки як видоспецифічна ознака 77
3.5. Тип та характеристика суцвіття 86
3.6. Морфологічні особливості плоду, насінини 90
3.7. Морфолого-анатомічна характеристика кореневої
системи рослин 93
РОЗДІЛ 4. ОСНОВНІ ВІКОВІ СТАНИ ТА ОСОБЛИВОСТІ
ОНТОГЕНЕЗУ РОСЛИН ВИДІВ РОДУ VITEX L. 100
РОЗДІЛ 5. БІОЛОГО-ЕКОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ТА
ФІЗІОЛОГІЧНИЙ СТАН РОСЛИН
5.1. Сезонні ритми росту та розвитку рослин 114
5.2. Стійкість рослин до умов обмеженого водозабезпеченя 123
5.3. Функціональний стан рослин видів роду Vitex під дією стресових факторів
5.3.1. Пігментний вміст листка у зв'язку із водним режимом
рослин 131
5.3.2. Продиховий апарат та порівняльна характеристика
газообмінних процесів у рослин 134
5.3.3. Індукція флуоресценції хлорофілу рослин видів
роду Vitex 137
5.3.4. Чиста продуктивність фотосинтезу рослин видів
роду Vitex 142
5.4. Морозостійкість рослин видів роду Vitex 144
РОЗДІЛ 6. БІОХІМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ РОСЛИН ВИДІВ РОДУ
VITEX L. 154
6.1. Вміст елементів неорганічної природи 155
6.2. Вміст первинних метаболітів 159
6.3. Вторинні метаболіти та їх роль у стійкості рослин в
умовах інтродукції 165
РОЗДІЛ 7. АЛЕЛОПАТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ РОСЛИН ВИДІВ
РОДУ VITEX L. 177
7.1. Алелопатична активність ефірних олій рослин видів
роду Vitex 178
7.2. Антифунгальна дія ефірної олії рослин Vitex agnus-castus 181
7.3. Алелопатичний вплив рослин видів роду Vitex на стан,
склад та властивості ризосферного ґрунту 184
7.4. Мікробні угруповання прикореневого ґрунту
представників роду Vitex 188
РОЗДІЛ 8. ПРОДУКТИВНИЙ ПОТЕНЦІАЛ, РОЗМНОЖЕННЯ,
ОЦІНКА УСПІШНОСТІ ІНТРОДУКЦІЇ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ РОСЛИН ВИДІВ РОДУ VITEX L.
8.1. Життєздатність пилку та насінна продуктивність рослин 197
8.2. Особливості фізіології спокою насіння та насінне
розмноження 201
8.3. Урожайність надземної маси 207
8.4. Особливості вегетативного розмноження 208
8.5. Напрями використання рослин 212
8.6. Оцінка успішності інтродукції рослин видів роду Vitex 214
ВИСНОВКИ 220
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 224
ДОДАТКИ 256

Список літератури

ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі представлено комплексний аналіз та вирішення теоретичних і практичних аспектів інтродукції рослин видів роду Vitex L. в умовах культури Правобережного Лісостепу України. Встановлено біолого- морфологічні та онтогенетичні особливості, ритми сезонного розвитку рослин, оцінено їх репродуктивний потенціал, біохімічний склад, посухо - та морозостійкість, розроблено ефективні методи розмноження, оцінено успішність інтродукції, а також окреслено перспективи культивування рослин в Україні.
1. У світовій флорі рід Vitex L. представлено 250 видами. В НБС ім. М.М. Гришка зібрано найбільший в Україні генофонд видів та форм рослин, що становить понад 3% від світового різноманіття. Інтродуценти в складі колекції ароматичних рослин ботанічного саду віднесені до наукових об’єктів, що становлять національне надбання. Види та форми рослин роду Vitex є важливим джерелом для створення високоперспективних сортів вітчизняної селекції, які збагатять біорізноманіття культигенної флори України.
2. Встановлено, що види роду Vitex належать до типу рослин із пізнім початком та пізнім завершенням вегетації. Початок вегетації рослин спостерігається у ІІІ декаді квітня - ІІ декаді травня за суми активних температур повітря вище +10 °С - 120-190 °С та середньодобової темпера-тури повітря +16-22,5 °С. Тривалість вегетації в умовах Правобережного Лісостепу України становить у V. agnus-castus 167±15,10 діб, у V. cannabifolia - 169,3±18,88 та у V. negundo - 170,7±18,56 діб.
3. Встановлено, що рослини Vitex мають складне рацемозне суцвіття (тирс). Форма, забарвлення та характер опушення середньої лопаті нижньої губи, а також характер екзини пилкових зерен є видоспецифічними ознаками. Цвітіння рослин належить до реверсійного типу та розпочинається у ІІІ декаді червня - ІІ декаді липня за суми активних температур 525-900 °С і триває bi¬ll діб у V. agnus-castus, 110-115 діб у V. cannabifolia та 91-115 діб у V. negundo.
4. Відмічено варіювання морфологічних ознак листка за розміром, формою, краєм листкової пластинки, кількістю простих листків у складному та анатомічною будовою рахіса залежно від видових особливостей та віку рослин. Встановлено, що листок має ксероморфну структуру. З'ясовано, що окремі анатомічні ознаки листків (товщина мезофілу, розмір та щільність продихів) впливають на інтенсивність газообмінних процесів, посухостійкість та продуктивність рослин. Найбільшу кількість продихів на 1 мм2 виявлено у V. negundo (2i5,2±0,5 шт.) за розмірами 19,6*13,5 нм, найменшу - у V. agnus- castus (103,1±0,3 шт.) за розмірами 16,2*12,4 нм.
5. Визначено тривалість вікових станів рослин Vitex та характерні для них біометричні і морфологічні особливості. Виявлено, що ювенільні рослини відрізняються від дефінітивних морфологічно (спрощеною організацією, несформованістю ознак) та анатомічно (слабким розвитком мезофілу та відсутністю його диференціації). З’ясовано, що за темпом росту вегетативних органів та за морфометричними показниками рослини V. cannabifolia протягом першого року онтогенезу розвиваються швидше порівняно з рослинами інших видів. Генеративний період онтогенезу у рослин видів роду Vitex розпочинається на другий рік вегетації.
6. З’ясовано, що досліджені рослини володіють різними механізмами пристосування та толерантності до умов обмеженого водозабезпечення. Найвищою посухостійкістю характеризуються рослини V. negundo з показниками втрати вологи 21,1 %, найнижчою - V. agnus-castus - 39,6 %. За вимогливістю до води рослини розподілено на два екологічні типи: евксерофіти (V. cannabifolia та V. negundo) та геміксерофіти (V. agnus-castus).
l. За найбільшим вмістом пігментів, показниками фотосинтетичної активності (14,3 мгСО2/(дм2*год.), дихання (4,1 мг СО2/(дм2*год.), транспірації (1,25 г Н2О/(дм2*год.) найкращим функціональним станом характеризуються рослини V. negundo, що свідчить про успішну адаптацію інтродуцента до умов
Правобережного Лісостепу України. Встановлено, що найвищим рівнем чистої продуктивності фотосинтезу характеризуються рослини V. agnus-castus (13,18 г/м2), найбільшою урожайністю надземної маси - рослини V. negundo (6,78 кг/рослину).
8. Визначено біохімічний склад вегетативних і генеративних органів видів роду Vitex залежно від видових особливостей, віку рослин, фази вегетації та метеорологічних умов. Встановлено кількісний вміст та якісний склад ефірних олій. Найбільшу кількість ефірної олії продукують рослини V. agnus- castus (0,24-0,65 %). Для ефірної олії рослин V. agnus-castus домінуючими є 1,8- цинеол, сабінен, лимонен та а-пінен, для V. cannabifolia та V. negundo - в- каріофілен, сабінен, каріофіленоксид. Максимальне накопичення ефірної олії у рослин спостерігається у фазах цвітіння та плодоношення. З'ясовано, що продукти вторинного обміну, які накопичуються у надземній масі та у прикореневому ґрунті, зумовлюють алелопатичні властивості рослин Vitex, а також підвищують фітотоксичніть ґрунту з максимальним рівнем в кінці вегетаційного періоду. Рослини V. negundo здійснюють дещо меншу токсичну дію.
9. Встановлено низький рівень життєздатності пилку (нижче 60 %) у рослин видів роду Vitex в умовах інтродукції. Найвищою насінною продуктивністю (86,2±2,2 %) характеризуються рослини V. agnus-castus. Відмічено залежність насінної продуктивності рослин від видових особливостей та віку рослин. Насіння рослин досліджених видів Vitex характеризується глибоким фізіологічним спокоєм із подвійним механізмом гальмування проростання та потребує холодної стратифікації (за температури повітря +5-7 °С протягом 2-3 місяців). Підібрано оптимальні поживні середовища (МС та МС+3ІМК) для розмноження рослин в умовах in vitro.
10. Встановлено, що рослини видів роду Vitex в умовах Правобережного Лісостепу України характеризуються високою зимостійкістю. Морозостійкість рослин досить висока (-25-30 °С). Найвищу морозостійкість відмічено у рослин V. cannabifolia, найнижчу - у V. negundo. Морози понад -30 °С значно пошкоджують тканини надземної частини рослин, внаслідок чого вона вимерзає до кореневої шийки або до рівня снігового покриву.
11. Оцінка успішності інтродукованих рослин Vitex свідчить про слабкий ступінь їх акліматизації (56 балів у V. agnus-castus і 58 балів у V. cannabifolia та V. negundo). За життєздатністю та перспективністю дорослі рослини Vitex належать до ІІІ групи перспективності (менш перспективні), а молоді рослини - до І групи (цілком перспективні).
З'ясовано, що рослини досліджених видів Vitex, завдяки господарсько- цінним властивостям, стійкості до комплексу несприятливих факторів середовища та декоративним ознакам можуть набути широкого використання у різних галузях промисловості та ландшафтному будівництві. Встановлено, що рослини V. negundo є найперспективнішими із досліджених видів для культивування у Правобережному Лісостепу України