Reproductive capacity of the dendrological resources of the Rosaceae family and their prospects for nursery management and forest flora enrichment
Authors: Семенютина А.В. , Хужахметова А.Ш. , Семенютина В.А. , Сапронова Д.В. 
Published: August 2020

Проведение научных исследований по вопросам влияния стресс-факторов на репродуктивную способность экономически важных древесных растений актуально для аридных регионов РФ, в связи с выполнением мероприятий по национальным проектам «Наука», «Экология». Механизмы приспособления биологических систем к воздействию стресс-факторов, определяются пределами устойчивости растений, раскрывают природу их целостности и сохранности.
Объекты исследований – представители семейства Rosaceae (Amelanchier, Amygdalus, Aronia, Armeniaca, Chaenomeles, Cerasus, Cotoneaster, Crataegus, Gydonia, Malus, Rosa, Sorbus, Spiraea и др.), произрастающие в коллекциях ФНЦ агроэкологии РАН (Волгоградская, Самарская области, Алтайский край), включают виды многоцелевого назначения (лесомелиоративные, декоративные, лекарственные, пищевые и др.).
Климат характеризуется небольшим количеством годовых атмосферных осадков (270-395 мм), высокими летними (+40-43°C) и низкими зимними (-35-50°C) температурами воздуха, оттепелями зимой, малым снеговым покровом.
Наблюдение за поведением древесных интродуцентов оценивалось по степени роста, развития и получения репродукции. Использованы методы определения пределов толерантности в условиях действия стресс-факторов на основе кондуктомера S230Kit, устройства Dualex Scientific.
Определение влияния факторов среды на цветение, плодоношение и семеношение исследуемых представителей родовых комплексов семейства Rosaceae проводилось по методическим указаниям, разработанным ФНЦ агроэкологии РАН.
В кластерных коллекциях ФНЦ агроэкологии РАН (дендрарии: Волгоградский, Камышинский, Поволжский, Кулундинский) выделены 33,2 % древесных видов с генеративным индексом 0,65-0,79. В эту группу вошли растения с широким экологическим ареалом произрастания (полиморфные родовые комплексы). У них наряду с высоким уровнем экологической пластичности к стресс-факторам по коллоидно-осмотическим свойствам протоплазмы (1,70-2,05) отмечено интенсивное плодоношение, высокие показатели завязываемости плодов (64-91%), развитие крупных плодов и семян, хорошая доброкачественность семян.
Семена высоких качеств продуцируют представители Cydonia (80…95), Spiraea(85…93), Prunus (86…97), Aronia (88…95), Padus (89…96), Pyrus(89…99), Amygdalus (90…100), Cerasus (93…99), Chaenomeles(95…99), Physocarpus (95…100), Armeniaca (99…100). Разнообразием качества семян характеризуются следующие виды родов этого семейства: Crataegus(48…91), Sorbus (59…88), Amelanchier (60…90), Malus(68…90), у Aflatuniaulmifolia (31…50).
Установлена экологическая специфика видов, связанная с ареалом их происхождения и сложным процессом адаптивной изменчивости. Выявлены биоэкологические параметры семеношения и генеративная способность деревьев и кустарников, для их эффективного непрерывного использования в питомниководстве и лесомелиорации.
В результате исследований разработана теоретическая основа семеноведения, которая базируется на получении адаптивного поколения растений. Получены новые знания по пределам экологической толерантности древесных видов к стресс-факторам.
Для формирования устойчивых лесомелиоративных комплексов и улучшения биоресурсов деградирующих ландшафтов рекомендованы полиморфные родовые комплексы кустарников. На основе анализа климатических характеристик, играющих определяющую роль в успешности интродукции, установлены виды с широким экологическим ареалом, как растения многоцелевого назначения. Они перспективны для насаждений в аридных регионах.
Scientific research on the impact of stress factors on the reproductive ability of economically important woody plants is relevant for arid regions of the Russian Federation in connection with activities under the national projects "Science" and "Ecology". Mechanisms of adaptation of biological systems to the impact of stress factors are determined by the limits of plant resistance and reveal the nature of their integrity and preservation.
The objects of research are representatives of the Rosaceae family (Amelanchier, Amygdalus, Aronia, Armeniaca, Chaenomeles, Cerasus, Cotoneaster, Crataegus, Gydonia, Malus, Rosa, Sorbus, Spiraea, etc.) growing in the collections of the Federal Research Center ofAgroecology of the Russian Academy of Sciences (Volgograd and Samara Regions, Altai Territory), including multi-purpose species (forest-reclamation, decorative, medicinal, food, etc.).
The climate is characterized by a small amount of annual precipitation (270-395 mm), high summer precipitation (+40-43°C), and low winter (- 35-50°C) air temperatures, thawing in winter, low snow cover.
Observation of the behavior of introduced trees was evaluated by the degree of growth, development,and reproduction. Methods for determining tolerance limits under stress factors based on an s230kit conductometer and a Dualex Scientific device were used.
The effect of environmental factors on the flowering, fruiting, and seed production of the studied representatives of generic systems in the Rosaceaefamily was determined according to guidelines developed by the Federal Scientific Center of Agroecology of the Russian Academy of Sciences.
In the cluster collections of the Federal Center of Agroecology of the Russian Academy of Sciences (arboretums: Volgograd, Kamyshin, the Volga Region, Kulunda), 33.2 percent of woody species with the generative index 0.65-0.79 were allocated. This group includes plants with a wide ecological range of growth (polymorphic generic complexes). Along with a high level of environmental plasticity to stress factors, the colloid-osmotic properties of protoplasm (1.70-2.05) showed intensive fruiting, high fruit set rates (64-91%), development of large fruits and seeds, and good seed quality.
Seeds of high quality are produced by representatives of Cydonia (80 ... 95), Spiraea(85...93), Prunus (86...97), Aronia (88...95), Padus(89...96), Pyrus (89...99), Amygdalus (90...100), Cerasus(93...99), Chaenomeles (95...99), Physocarpus (95...100), andArmeniaca(99...100). The following species of genera of this family are characterized by a variety of seed quality: Crataegus (48 ... 91), Sorbus(59...88), Amelanchier (60...90), Malus (68...90), and Aflatuniaulmifolia(31…50).
The ecological specificity of the species, associated with the range of their origin and with a complex process of adaptive variability, was established. Bioecological parameters of seed production and generative capacity of trees and shrubs for their effective continuous use in nursery and forest reclamation were identified.
As a result of research, a theoretical basis for seed science has been developed, which is based on obtaining an adaptive generation of plants. New knowledge has been obtained on the limits of ecological tolerance of tree species to stress factors.
Polymorphic generic complexes of shrubs are recommended for the formation of sustainable forest-reclamation complexes and improvement of bioresources of degraded landscapes. Based on the analysis of climatic characteristics that play a decisive role in the success of introduction, species with a wide ecological range, as multi-purpose plants, are promising for plantings in arid regions.