Экологическая и таксономическая специфичность форм фитолитов морфотипа crenate злаков Pooideae Benth. юга Западной Сибири на основе морфометричесикх данных

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-74-01026

НазваниеЭкологическая и таксономическая специфичность форм фитолитов морфотипа crenate злаков Pooideae Benth. юга Западной Сибири на основе морфометричесикх данных

Руководитель Соломонова Марина Юрьевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" , Алтайский край

Конкурс №84 - Конкурс 2023 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-102 - Ботаника

Ключевые слова Фитолиты, злаки, морфометрия, Pooideae, экология, таксономия, короткие клетки, эпидерма, фитолитный анализ, антропогенное воздействие

Код ГРНТИ34.29.25

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на изучение экологической и таксономической приуроченности фитолитов злаков на примере одного спорного морфотипа "crenate" с применением морфометрического метода исследования. В настоящее время отсутствует четкое понимание экологической принадлежности морфотипа, так как две его вариации (лопастные и волнистые) в различных источниках интерпретируются по разному. Основная гипотеза данного проекта будет звучать следующим образом: волнистые и полилопастные фитолиты морфотипа crenate подсемейства Pooideae являются двумя отдельными формами и обладают различной таксономической и экологической принадлежностью, что возможно доказать на основе морфометрических данных. Фитолитный анализ активно применяется в археологических и палеоэкологических исследованиях, используется в вопросах изучения генезиса почв, эволюции растений, оценки влияния человека на растительный покров и изучении вековой изменчивости питания животных. Экологическая и таксономическая направленность представленного исследования отражает его комплексность и необходимость применения различных подходов к интерпретации результатов. Мы предполагаем получение как специфичных характеристик исследуемых форм фитолитов на уровне триб и подтриб, так и конвергентных признаков, которые будут прослеживаться у злаков близких экологических групп. Анализ значительного числа видов злаков позволит экстраполировать результаты на все подсемейство Pooideae. Научная новизна исследования заключается в проведении детального таксономического анализа морфотипа фитолитов crenate с использованием морфометрических методов для обоснования выделения двух отдельных морфотипов. Для 90% видов, которые будут изучены в рамках представленного проекта, морфометрия будет проведена впервые. Ранее не проводилось исследований о приуроченности лопастных и волнистых форм фитолитов листьев на уровне триб, подтриб и родов Pooideae. Оригинальным является подход при котором морфометричесикие характеристики размера и формы фитолитов будут сопоставлены с экологическими группами и экобиоморфами злаков, что расширит палеоэкологические возможности фитолитного анализа на территории умеренных широт Евразии. Также для выявления экологической специфичности формы и размера фитолитов впервые будет задействован морфометрический метод для изучения образцов почвенного грунта.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Соломонова М.Ю., Сперанская Н.Ю., Силантьева М.М. Ценотическая специфичность морфотипа CRENATE в поверхностных почвах фитоценозов Северного и Западного Алтая Почвы и окружающая среда: Сборник научных трудов Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 55-летию Института почвоведения и агрохимии СО РАН, С. 831-833. (год публикации - 2023)
10.31251/conf1-2023

2. Соломонова М.Ю., Блинников М.С., Лященко В.Д., Жембровская Т.А. Variability of morphometric characteristics of Dactylis glomerata L. (Pooideae Benth.) leaf phytoliths at two stages of the growing season Acta Biologica Sibirica (год публикации - 2024)

3. Соломонова М.Ю.,Котов С.Д., Сперанская Н.Ю., Блинников М.С. CRENATE фитолиты эпидермы листовых пластинок некоторых видов Meliceae Link. ex Endl.: морфометрический анализ Turczaninowia (год публикации - 2024)

4. Соломонова М.Ю., Блинников М.С., Сперанская Н.Ю., Лященко А.Д., Котов С.Д., Борисенко М., Силантьева М.М. Standardization of two forms of the CRENATE (Pooideae Benth.) phytolith morphotype and their potential for environmental reconstructions Flora: Morphology, Distribution, Functional Ecology of Plants , Volume 322 (2025): 152646 (год публикации - 2025)
https://doi.org/10.1016/j.flora.2024.152646

5. Соломонова М. Ю., Лященко А.Д., Сперанская Н. Ю., Блинников М. С., Сперанский Г. А. Two new morphometric parameters proposed to classify CRENATE phytoliths of the Pooideae Benth. subfamily of grasses Turczaninowia, Т. 28, No 3. (год публикации - 2025)

6. Соломонова М.Ю. Crenate фитолиты эпидермы листьев некоторых видов Agrostidinae Fr. и Aveninae J. Presl. В сборнике: Экологическая морфология растений. Материалы XI всероссийской конференции с международным участием, посвященной памяти И.Г. и Т.И. Серебряковых. , В сборнике: Экологическая морфология растений. Материалы XI всероссийской конференции с международным участием, посвященной памяти И.Г. и Т.И. Серебряковых. Москва, 2024. С. 400-404. (год публикации - 2024)

7. Соломонова М.Ю. CRENATE фитолиты эпидермы листьев Agrostidinae Fr. Потенциал морфометрических исследований Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии, Т. 23, № 2. С. 425-428 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.14258/pbssm.2024132

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проект направлен на изучение экологической и таксономической приуроченности морфотипов фитолитов. Основная задача проекта заключается в оценки таксономической и экологической приуроченности полилопастных и волнистых морфотипов фитолитов коротких клеток эпидермы листьев Pooideae. В ходе реализации проекта основная задача была разделена на 5 подзадач. 1. Стандартизация понятий "волнистый" и "полилопастной" фитолит на основе морфометрических данных была дороботана во второй год реализации проекта. В результате реализации проекта нами было разработано 2 дополнительных морфометрических параметров (L1-размер лопастей, L2 - выраженность лопастей). По результатам стандартизации были выявлены основные критерии иллюстрирующие различия между двумя подморфотипами фитолитов: L2 более 1,35 — CRE_LOB, L2 менее 1,35 — CRE_SIN. L1 более 2, при любом L2 — CRE_LOB, L1 менее 1, при любом L2 — CRE_SIN. Также была разработана классификация фитолитов CRENATE: CRE_LOB long (удлиненные, CRE_LOB short (укороченные), CRE_SIN long (из них выделено две разновидности, по частоте лопастей), CRE_SIN short (из них выделено две разновидности — малого размера (small) и большого размера (large). 2. Выявление таксономической приуроченности исследуемых морфотипов на уровне триб, подтриб, родов; На второй год реализации проекта исследование было сосредоточено на морфометрических характеристиках. Было проанализировано более 40 видов растений, относящихся к четырем трибам. Общая матрица данных включала в себя промеры 8 336 частиц по 19ти параметрам. Наиболее отличительными фитолитами обладают представители трибы Meliceae. Наиболее выражено фитолиты Meliceae отличаются от фитолитов Bromeae и Triticeae которые близки между собой. Выделенные в результате стандартизации группы фитолитов имеют следующую приуроченность: CRE_LOB long — Meliceae, Agrostidinae, Dactilydinae, некоторые Poa и Festuca, CRE_LOB short - Calamagrostis, CRE_SIN long — Poa, Festuca, Bromus. CRE_SIN short — Triticeae, Bromeae, некоторые Poeae (Koeleria) 3. Выявление вариабельности морфометричесиких характеристик на внутриродовом уровне в пределах модельных родов. В рамках оценки таксономической приуроченности форм была выполнена оценка вариабельности морфометричесиких характеристик на внутриродовом уровне в пределах модельных родов. В результате было выявлено, что в ряде родов фитолиты различных видов имеют близкие параметры (Например, Calamagrostis и Melica). Не смотря на то что в роде Melica есть некоторые отличия фитолитов на уровне клад, при сравнении с фитолитами других видов, их размеры не так сильно варьируют. Также мы имеем некоторые рода (Poa и Festuca), у которых фитолиты между отдельными видами значительно отличаются. Так, например, P. angustifolia и P. ursullensis обладают мелкими фитолитами, а P. macricalix, P. bulbosa, P. palustris крупными. F. altissima и F. valesiaca обладают мелкими фитолитами, F. pratensis имеет Crenate среднего размера, а F. gigantea обладает одними из наибольшими по размеру фитолитами трибы Poeae. 4. Оценка экологической специфичности волнистых и полилопастных форм морфотипа crenate при анализе различных групп злаков. Для оценки экологической приуроченности были использованы экологические группы по отношению к увлажнению. Предварительный анализ Crenate фитолитов у злаков показал, что CRE_LOB распространен у гидрофитов и менее распространен у ксерофитов. CRE_SIN, напротив, более распространен у ксерофитов и почти отсутствует у гидрофитов. У психрофитов образуют в основном CRE_SIN. Однако среди этого правила имеются исключения, которые видимо были таксономически обусловлены. Морфометрический анализ данных показывает наличие различий между фитолитами злаков некоторых экологических групп. Например, мезоксерофиты и эуксерофиты обладают более мелкими фитолитами, фитолиты эуксерофитов и психрофитов являются наиболее укороченными. Наибольшими лопастями (L1) обладают фитолиты мезогигрофитов и гирофитов, наименьшими ксерофиты и психрофиты. В то же время у мезоксерофитов лопасти ближе по размерам к гигрофитам, чем к эуксерофитам. В рамках задачи по установлению экологигческой приуроченности морфотипов нами также был проведен анализ по экобиоморфам согласно классификации И.Г. Серебрякова. Этот анализ показал, что длиннокорневищные травы имеют фитолиты со значением L1 и L2, позволяющим их отнести в CRE_LOB. 5. Оценка экологической специфичности волнистых и полилопастных форм морфотипа crenatae при анализе фитолитных спектров фитоцегозов юга Западной Сибири. Для реализации этой подзадачи были исследован как состав фитолитов злаков в образцах почвы, так и их морфометричесике характеристики. Для фитолитов почв получена матрица данных по 19ти характеристикам фитолитов, включающая в себя 3012 фитолитов из 30ти почвенных образцов. Анализ данных выполнялся по горным и равнинным фитоценозам. В ходе исследования состава фитолитов злаков было выявлено, что спектры горных ценозов в целом характеризуются большим числом Crenate фитолитов обоих морфотипов. Если сравнивать между собой горные и равнинные степи, то количество CRE_SIN в горных степях выше, чем в равнинных, за некоторым исключением. Однако по морфометрическим параметрам закономерность другая. Многие морфометрические параметры близки у горных и равнинных степей, горных и равнинных лугов и лесов. Одним из важных результатов, подтверждающих гипотезу проекта является значения L1 и L2 у фитолитов степных почв, которые по этим параметрам можно отнести к CRE_SIN short. Таким образом, полученные в ходе реализации проекта данные позволяют оценить таксономическую и экологическую приуроченность полилопастных и волнистых морфотипов фитолитов коротких клеток эпидермы листьев Pooideae.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Помимо значения этого проекта для науки (палеоэкологии, археологии, климатологии, ботаники) развитие морфометрических исследований несет и прикладной характер. Полученные данные делают намного более точными фитолитные исследования, в результате чего возникает возможность развития метода как инструмента криминалистики.