Анализ структурного и хорологического разнообразия высших растений в связи с проблемами их филогении, таксономии и устойчивого развитияНИР

Analysis of structural and chorological diversity of higher plants in connections with the problems of their phylogeny, taxonomy and sustainable development

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Анализ структурного и хорологического разнообразия высших растений в связи с проблемами их филогении, таксономии и устойчивого развития
Результаты этапа: Получен большой объем новых данных по систематике и филогенетике конкретных групп покрытосеменных растений из семейств зонтичные (Umbelliferae), гречишые (Polygonaceae), моллюговые (Molluginaceae), маревые (Chenopodiaceae/Amaranthaceae), лоховые (Elaeagnaceae) и злаки (Poaceae). Основной акцент сделан на анализ конгруэнтности молекулярно-филогенетических, морфолого-анатомических и эколого-географических данных. При изучении рода Prangos (Umbelliferae) показано, что молекулярные данные хорошо согласуются с морфологическими на родовом уровне и только частично – на видовом. На видовом уровне молекулярные признаки лучше согласуются с географическим распространением, а морфологические с – экологической приуроченностью видов. Новые молекулярные и морфологические данные по одной из критических групп семейства Polygonaceae позволили описать два новых для науки рода два новых для науки вида из Азии (Монголия, Киргизия). Сделана ревизия родов Paramollugo (Molluginaceae) и Arthrocnemum (Chenopodiaceae/Amaranthaceae) в мировом масштабе. Описано 2 новых для науки вида с Мадагаскара и один – из Западной Африки, проведена оценка таксономической значимости микроморфологических признаков. Подтверждена гипотеза о свободной гибридизации видов одного уровня плоидности в пределах критической группы рода Chenopodium (Chenopodiaceae/Amaranthaceae). Изучены экологические особенности молекулярно-генетической изменчивости в природных популяциях двух азиатских подвидов облепихи (Hippophae rhamnoides, Elaeagnaceae). Определены оптимальные для поддержания высокого генетического разнообразия климатические условия для каждого из подвидов и для гибридной зоны между ними. Показана зависимость между генетическим разнообразием внутри популяций и климатической стабильностью среды обитания этих популяций. Количественный анализ морфологических признаков в сравнении с двумя молекулярными методами позволили уточнить представления о микроэволюции 4 видов ковылей (Stipa, Poaceae) на территории России. Результаты согласуются с концепцией расхождения близких видов в местах перекрывания их ареалов. Получено косвенное подтверждение концепции существования в природе нетаксономического разнообразия организмов. Проведено детальное сравнительно-морфологическое и морфогенетическое изучение представителей семейств заразиховые (Orobanchaceae), зонтичные (Umbelliferae) и бурачниковые (Boraginaceae). Показана таксономическая и диагностическая значимость признаков строения трихом в роде Euphrasia (Orobanchaceae) и на репрезентативной выборке травянистых представителей семейства Boraginaceae. Впервые установлена корреляция между характером опушения вегетативных органов и гетероэремокарпией, характерной для бурачниковых. Определены особенности ранних этапов онтогенеза инвазионных представителей рода Chaerophyllum (Umbelliferae), способствующие успешной натурализации видов в центральных областях России. Получены новые данные о разнообразии односемядольных растений из семейства зонтичные, которое относится к группе высших двудольных. Эти данные важны для понимания общих закономерностей эволюции зародыша покрытосеменных. Получены детальные данные по эмбриологии рода Polycnemum, таксономическое положение которого в пределах порядка гвоздичноцветные (Caryophyllales) служило предметом дискуссий. Показана необходимость выделения особого семейства Polycnemaceae. Показано наличие у Polycnenum, как и у нескольких других не связанных близким родством представителей Caryophyllalles, фиброзного экзотеция, который совершенно нетипичен для покрытосеменных растений, что можно рассматривать как гомопластическую тенденцию. Изучено тонкое строение спор у большинства видов хвощей (Equisetum) мировой флоры. Даны рекомендации по интерпретации спор хвощей при их массовой встречаемости в спорово-пыльцевых спектрах. Детально изучена ультраструктура и развитие пыльцевых зерен незабудки (Myosotis, Boraginaceae), описана уникальная система приспособлений для осуществления изменения объема пыльцевого зерна в связи с колебаниями влажности. По материалам из Европейской России детально изучены дисперсные микро- и мегаспоры ископаемых юрских плауновидных, для которых впервые выявлен уникальный механизмом прикрепления микроспор к мегаспорам, не имеющий аналогов у современных растений. Получены новые данные по сравнительной карпологии представителей семейств гидателловые (Hydatellaceae), гвоздичные (Caryophyllaceae), никтагиновые (Nyctaginaceae), зонтичные (Umbellliferae), питтоспоровые (Pittosporaceae) в связи с вопросами систематики и репродуктивной биологии. Показано, что эволюционная специализация уникального для семейства никтагиновые образования – антокарпа – шла по пути различного усложнения его структуры (приспособление к эндозоохории, выработке для лучшего прикрепления к субстрату и удержания влаги). Исследованы дефекты развития плодов моркови столовой. Выявлено, что беззародышевость может вызываться неадекватным опылением и повреждением насекомыми. Проведены исследования в разных регионах Европейской России и на Кавказе в связи с проблемами инвентаризации флор и мониторинга видов растений, нуждающихся в охране. Важные данные по этим вопросам получены также при изучении гербарных коллекций. Уточнены данные о флорах Астраханской, Волгоградской, Воронежской, Курской, Московской, Ростовской, Саратовской, Смоленской, Тульской, Ярославской областей. Проведены работы по составлению Красной книги Краснодарского края, Флоры Нижнего Поволжья, завершено изучение заказника Журавлиная Родина в Московской области. Обнаружена уникальная историческая коллекция, важная для анализа долгосрочной динамики флоры Калужской области, в том числе – ее антропогенной трансформации. Опубликована сводка, охватывающая данные о более 2500 источниках информации по флоре Средней России за период с 2010 г.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Анализ структурного и хорологического разнообразия высших растений в связи с проблемами их филогении, таксономии и устойчивого развития
Результаты этапа: Исследования, проведенные в 2017 г., внесли вклад в понимание соотношения морфологической и молекулярной эволюции покрытосеменных растений, а также в вопрос об отражении представлений об эволюции таксонов в филогенетической системе. Для ряда конкретных групп из порядков Caryophyllales, Apiales, Lamiales, Boraginales, Poales, Fabales, Polygonales, Asterales, Nymphaeales а также споровых растений отдела Anthocerophyta выявлены таксономически значимые морфологические признаки. На основании комплекса морфологических и молекулярно-филогенетических данных пересмотрен таксономический статус ряда видов. Сделаны новые обобщения в области сравнительной и эволюционной морфологии, палинологии и биологии развития высших растений. Выявлен новый тип анатомической структуры листьев высших растений, сочетающий признаки гомобарической и гетеробарической организации. Критически проанализированы гипотезы о функциональной специфичности палисадной и губчатой хлоренхимы в листе С3-растений. Показано, что развитие палисадной хлоренхимы позволяет максимизировать удельное число хлоропластов, но резко снижает эффективность латерального транспорта газов и растворов, который осуществляет губчатая хлоренхима. Выявлены структурно-биологические особенности ряда видов паразитов и полупаразитов. Показано, что способ развития боковых корней зонтичных – важный механизм адаптации растений к конкретным условиям окружающей среды. Установлено, что широкая вариабельность анатомического строения корней однодольных возникла как следствие утраты корнями вторичного утолщения. Опубликована монография, обобщающая современные представления о структурном разнообразии и эволюции семейства Araliaceae. Предложена классификация цветков в порядке Apiales, выявлены пути эволюции комплекса морфологических и анатомических признаков цветков, соцветий и вегетативных органов в этой группе. Выдвинуты предположения о функциональной нагрузке ряда признаков генеративной сферы. Показана функциональная значимость полостей, формирующихся в семяпочках представителей порядка Caryophyllales на разных этапах ее развития. Сопоставление развития спородермы в разных группах мохообразных показало ускорение темпов развития оболочки спор и возрастание роли апертуры как в процессе развития и прорастания споры у бриевых мхов. Разнообразие типов структуры спородермы в этой группе способствовало высокой пластичности настоящих мхов и их широкому распространению. Проанализирована анатомия и морфогенез апокарпных и ценокарпных плодов однодольных из базальных порядков. Показано, что апокарпные плоды со срастанием через «флоральный центр» формируются у растений с числом плодолистиков более 3 и развитой асцидиатной зоной плодолистика. Постгенитальное зарастание верхушки плодолистика важно для растений водных экотопов. Ценокарпные плоды образуются в случае тримерного гинецея и наличия у плодолистика пликатной зоны. Характер вскрывания ценокарпных плодов зависит от наличия и положения септальных нектарников. Проанализированы представления о происхождении и морфологической природе плодолистика покрытосеменных растений. Вскрыты недостатки интерпретации плодолистика как филлома и, в частности, концепции кондупликатного плодолистика. Проведены карпологические исследования в ряде таксонов, показано, что во многих случаях высокий уровень значимости и хорошую согласованность с молекулярно-филогенетическими данными имеют признаки микроморфологии и анатомии плодов и семян. Проведены полевые исследования в разных регионах Европейской России и на Кавказе в связи с проблемами инвентаризации флор, мониторинга адвентивной флоры и видов растений, нуждающихся в охране. Уточнены данные о флорах Краснодарского края, Московского региона, республики Тыва. В электронном формате выпущена монография «Флора Средней России. Аннотированная библиография. 1768 - 2015 гг.», содержащая более 10 500 источников информации. Впервые в ткани плодов яблони обнаружено образование динитрозильных комплексов железа - одного из универсальных регуляторов метаболических процессов, показана разница в уровне их концентрации у дикорастущих видов и культурных сортов.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Анализ структурного и хорологического разнообразия высших растений в связи с проблемами их филогении, таксономии и устойчивого развития
Результаты этапа: Исследования, проведенные в 2018 г., внесли большой вклад в понимание соотношения морфологической и молекулярной эволюции покрытосеменных растений, а также в вопрос об отражении представлений об эволюции таксонов в филогенетической системе. Для ряда конкретных групп из порядков Apiales, Caryophyllales, Polygonales, Poales, Boraginales, Salicales выявлены таксономически значимые морфологические признаки, на основании комплекса морфологических и молекулярно-филогенетических данных пересмотрен таксономический статус ряда видов. Сделаны новые обобщения в области сравнительной и эволюционной морфологии и биологии развития высших растений. Выявлены черты сходства в строении цветка у представителей базальной грады порядка Apiales и ряда представителей порядка Dipsacales. Изучено строение гинецея, в том числе септальных нектарников, развитие и морфология женских цветков ряда видов коммелиноидных однодольных. Обнаружены редкие для мезозоя образцы купрессоидной древесины с каллитроидными утолщениями в юрских отложениях Подмосковья. Впервые для эоценовых отношений Европы документирован ископаемый цветок растения из семейства Rosaceae, детально проанализирован его план строения. Изучено разнообразие анатомического строения радиальных проводящих пучков в корнях однодольных и особенности их ветвления в связи с отсутствием вторичного утолщения и в зависимости от таксономического положения растения. Обобщены данные об окремнении спородермы антоцеротовых. Показано, что окремнение спородермы является преадаптацией, позволившей первым мохообразным завоевать сушу с примитивной почвой, легко подвергающейся ветровой и водной эрозии, уже заселенную водорослями, грибами и лишайниками. Проведены карпологические исследования в ряде таксонов, показано, что во многих случаях высокий уровень значимости и хорошую согласованность с молекулярно-филогенетическими данными имеют признаки микроморфологии и анатомии плодов и семян. Составлен атлас плодов зонтичных Европейской части России. Обобщен опыт работы с живыми и ископаемыми растительными объектами методами электронной микроскопии. Опубликовано учебное пособие, включающее подробные описания способов подготовки материала для сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии. Начаты аэробиологические исследования в Северном Вьетнаме. Проведены полевые исследования в разных регионах Европейской России и на Кавказе в связи с проблемами инвентаризации флор, мониторинга адвентивной флоры и видов растений, нуждающихся в охране. Уточнены данные о флорах Карачаево-Черкесской Республики, Московского региона, Нижнего Поволжья, Бурятии, Командорских островов, Камчатского края, Ямало-Ненецкого автономного округа. Разработаны методические основы создания ландшафтно-ботанической экспозиции растений средней полосы европейской части России, проект реализован в ботаническом саду МГУ.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Анализ структурного и хорологического разнообразия высших растений в связи с проблемами их филогении, таксономии и устойчивого развития
Результаты этапа: Исследования, проведенные в 2019 г., внесли большой вклад в понимание соотношения морфологической и молекулярной эволюции покрытосеменных растений. Для ряда конкретных групп из порядков Caryophyllales, Poales, Asterales, Salicales, Fabales, Lamiales, Apiales, Araliales, выявлены таксономически значимые морфологические признаки, на основании комплекса морфологических и молекулярно-филогенетических данных пересмотрен таксономический статус ряда видов. Исследованы морфогенез, адаптационный потенциал, расширены и уточнены представления о структурно-функциональной организации растений из порядков Lamiales, Boraginales, Ranunculales, Asterales. Сделаны новые обобщения в области сравнительной и эволюционной морфологии и биологии развития высших растений. Проанализирована роль механических напряжений и внутренних факторов в передаче позиционной информации от наружных органов к внутренним в ходе морфогенеза цветка Melanophylla (Torricelliaceae: Apiales), что имеет значение для понимания общих вопросов эволюции закономерностей регуляции морфогенеза цветка у высших двудольных. Проведен детальный анализ разнообразия типов симметрии цветка в порядке Apiales и факторов, его определяющих. Исследованы генезис и структура гипостазы у 4 видов центросеменных (Caryophyllales). Проведены карпологические исследования представителей порядков Nymphaeales, Caryophyllales, Apiales, Lamiales, Asterales. Показано, что во многих случаях высокий уровень значимости и хорошую согласованность с молекулярно-филогенетическими данными имеют признаки микроморфологии и анатомии плодов и семян. Это касается как изученных представителей одного из древнейших порядков покрытосеменных (Nymphaeales), так и ряда эволюционно продвинутых групп. Исследовано развитие спородермы антоцеротовых – группы мохообразных растений, имеющей ключевое значение для понимания ранней эволюции высших растений. Проведен аэробиологический анализ образцов воздуха Москвы и Северного Вьетнама. По данным спорово-пыльцевого анализа болота озера Водопроводное реконструирована история растительности полуострова Киндо. Проведены полевые исследования в разных регионах Европейской России и на Кавказе в связи с проблемами инвентаризации флор, мониторинга видов адвентивной флоры и видов растений, нуждающихся в охране. Уточнены данные о флорах Карачаево-Черкесской Республики, Московского региона, Краснодарского края, Калужской области, Курильских островов. Получены новые сведения о флоре Гималаев, Тибета, ЮАР, Намибии, островов архипелага Кабо-Верде.
5 1 января 2020 г.-31 января 2020 г. Анализ структурного и хорологического разнообразия высших растений в связи с проблемами их филогении, таксономии и устойчивого развития
Результаты этапа: Продолжено молекулярно-филогенетического исследование представителей рода Atraphaxis (Polygoneae). Получены последовательности трех хлоропластных участков и одного ядерного участка (ITS) для 35 образцов Atraphaxis из Средней Азии. По результатам исследования молекулярных и морфологических данных для Тувы и Хакасии выявлен один новый вид и два криптических вида, показана межвидовая гибридизация. Изучены побеговые системы трех видов Atraphaxis c наиболее контрастным габитусом. Проведено сравнительное изучение анатомии плодов у 20 видов Atraphaxis, выявлены различия в структуре экзокарпия, характеризующие виды и группы видов из сходных эколого-географических условий. Выделены лектотипы для трех видов Atraphaxis. Триба Scorzonerinae (Asteraceae) (около 200 видов) исследована молекулярно-филогенетическими, морфологическими и карпологическими методами. Предложена новая система подтрибы, проведен анализ признаков, поддерживающих новую систему. На основании генетических исследований рода Eranthis (Ranunculaceae) выделен новый вид – E. Tanhoensis. Описан новый вид Limeum madagascariense (Limeaceae) – эндемик Мадагаскара. Проведена комплексная ревизия евроазиатских представителей рода Utricularia умеренного климата, описан новый вид U. extremiorientalis. Результаты филогенетического анализа рода Silene по маркерам ITS-1-2 ядерной ДНК и rps16 пластидной ДНК переработаны и приведены в соответствие с новой системой рода (Jafarietal., 2020), уточнено систематическое положение двух линий смолевок, полученных из ископаемого и современного материала. Исследовано строение хлоренхимы в сосочках некоторых видов Mammillaria и в вальковатых листьях Austrocylindropuntia subulata (Cactaceae). Показано, что возникновение специфической наружной хлоренхимы могло стать ключевой инновацией CAM-фотосинтезирующих кактусов, сделавшей возможной мощную диверсификацию из афилльных стеблесуккулентных представителей. Исследована анатомия коры корневищ Acorus calamus (Acoraceae) и Veratrum lobelianum (Melanthiaceae) в целях диагностики растительного сырья для фармацевтической промышленности. Анатомический анализ вегетативных органов Mertensia maritima побережья Дальнего Востока выявил ряд черт структурной организации вида, связанного с адаптацией к среде обитания: своеобразная форма эпитеолярных листьев, продольная партикуляризация осевых органов, обусловленная их сильной паренхиматизацией, отсутствие механических тканей, аномальное утолщение стебля. Изучены признаки микроморфологии листьев P. deltoides, P. nigra и их гибрида P. × canadensis.для выявления видоспецифического потенциала этих признаков. Методами световой, сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии изучено строение пор поля перекреста в древесине Picea (P. abies и P. obovata) и Juniperus communis. Предложена новая концепция эволюции женских половых органов – архегониев – у высших растений, учитывающая современные данные молекулярной филогенетики этой важнейшей группы наземных организмов. Обоснованы представления об эволюционно производном, а не анцестральном, как считалось ранее, характере архегониев со свободным брюшком у представителей клады Setaphyta (мхов и печеночников). Сформулированы представления о едином для всех групп высших растений морфогенетическом мотиве в развитии архегониев и эволюционном смещении его на самую раннюю стадию развития у сосудистых растений и на поздние стадии у части мхов. Выдвинута новая гипотеза об исходно эндоскопическом, а не экзоскопическом, как считалось ранее, типе развития зародыша у высших растений. Изучено развитие полисимметричных (Lytrum salicaria) и моносимметричных (Cuphea hyssopifolia и C. ignea) цветков сем. Lythraceae. Исследована способность к ослизнению (миксоспермия) семян в роде Lepidium (Brassicaceae) - важная экологическая особенность многих крестоцветных. На материале после длительного коллекционного хранения показано, что миксоспермия —стабильный диагностический признак, проявление которого со временем медленно ослабевает. Изучена история карпологии в Московском университете с XIX в. до середины 60-х гг. XX в. Изучение развития спор Phaeoceros laevis и Anthoceros agrestis с помощью световой, сканирующей и трансмиссионной электронной микроскопии показало, что, несмотря на значительное сходство в морфогенезе спор этих видов, между ними имеются значительные различия. Сравнение полученных данных с имеющимися в литературе позволяет проследить эволюцию строения спородермы и спорогенеза у мохообразных и прояснить связи антоцеротовых с другими мохообразными. На примере тополей проанализирована динамика развития мужских гаметофитов и формирования их спородермы. Проведено сравнительное изучение формирования спородермы пантопоратных пыльцевых зерен у неродственных видов (Alisma plantago-aquatica L. и Plantago major L.). Составлен и опубликован чек-лист эндемичных зонтичных Узбекистана. В результате исследования количество эндемичных зонтичных Узбекистана снизилось с 38 до 18 видов в основном из-за нахождения подобных таксонов на территориях сопредельных государств. В ходе мониторинга состояния флоры Карачаево-Черкесской Республики выявлены 7 новых видов. Завершено исследование флоры Апшеронского полуострова (Азербайджан). Подготовлен к изданию конспект флоры. Для комиссии по сосудистым растениям Красной книги Российской Федерации подготовлены предложения по включению видов в новый перечь видов растений, охраняемых в Российской Федерации. Составлен раздел «Глобальная целевая задача 5», для «Аналитического отчета о результатах исследования эффективности принятых мер в рамках реализации целевых задач «Стратегии и Плана действий по сохранению биологического разнообразия Российской Федерации» (второе издание) за период 2011 2020 гг.». Отредактирован и сдан в печать ботанический том второго издания Красной книги Тульской области. Опубликована флора национального парка «Мещерский» (Рязанская обл.). Подготовлен проект природного парка «Журавлиный край» (Московская обл.). Сдан в печать список видов флоры Ивановской области. Продолжено изучение флоры Европейской России. Обнаружены 2 вида, новых для флоры Европы, и 2 вида, новые для Европейской России. Подготовлен и опубликованновый конспект чужеродной флоры Московского региона. Установлено, что по числу видов чужеродная флора природы приближается к аборигенной. За последние годв произошло изменение векторов заноса как результат социально-экономических изменений в стране. Изучена динамика спонтанной флоры Главного ботанического сада РАН. Описаны биологические, морфологические, биохимические и декоративные свойства видов и форм дикорастущей яблони из коллекции ботанического сада МГУ имени М.В. Ломоносова. Выбраны виды и формы, характеризующиеся высокой морозоустойчивостью, высокой репаративной активностью, высокой устойчивостью к Venturia inaequales, а также высоким содержанием витаминов в плодах, которые могут быть рекомендованы в качестве доноров в селекционных целях. Подготовлена рукопись монографии о городах как «аренах» микроэволюционных процессов. В ней на основе обобщения большого объема оригинальных данных обсуждаются потенциальные преимущества городов как мест сохранения биоразнообразия, и экологическая политика, способная реализовать эти потенции. Рассмотрена роль природных сообществ в регуляции выбросов парниковых газов и определении последствий происходящего потепления. Показано, что их регуляторные способности исчезают при нарушении и обращаются в свою противоположность: потепление ведёт к изменениям нарушенных сообществ, способствующих ещё большему потеплению и его негативным последствиям — пожарам, вспышкам массового размножения фитофагов, засухам и т. д.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".