Akadēmiskais centrsBioloģiskais pamats Latvijas reto un aizsargājamo augu sugu saglabāšanai: jūras piekrastes zona
Bioloģiskais pamats Latvijas reto un aizsargājamo augu sugu saglabāšanai: jūras piekrastes zona.
Starptautiski atzītā un Latvijas Republikas akceptētā “Konvencija par bioloģisko daudzveidību”, uz tās pamata izstrādātā “Globālā stratēģija augu saglabāšanai”, kā arī “Bioloģiskās daudzveidības nacionālā programma” ir galvenie vadošie dokumenti augu daudzveidības saglabāšanas plānošanā Latvijā. Viens no Globālās stratēģijas mērķiem ir izprast un dokumentēt augu daudzveidību, veidojot modeļus ar protokoliem apdraudēto sugu saglabāšanai. Latvijas Bioloģiskās daudzveidības nacionālā programma kā vienu no uzdevumiem augu sugu aizsardzībai paredz vietējo savvaļas sugu skaita un izplatības samazināšanās novēršanu (11.1). Šī uzdevuma atrisināšanai ļoti būtisks ir pasākums 11.1.3., kas paredz veicināt apdraudēto sugu ekoloģijas un bioloģijas pētījumus, sekot to populāciju dinamikai. Līdz šim Latvijā neviena zinātnieku grupa, kas specializējas augu bioloģijas pētījumos, nav pievērsusi uzmanību reto un apdraudēto augu sugu bioloģijas un ekoloģijas izpētei. Daudzos gadījumos, izstrādājot konkrēto sugu aizsardzības plānus (pasākums 11.1.2.), zināšanām par dotā auga bioloģijas īpatnībām var būt kritiska nozīme. Tieši šī iemesla dēļ LU augu biologi uzņēmušies iniciatīvu uzsākt jauna projekta izstrādāšanu, kas vērsts uz padziļinātiem Latvijas reto un aizsargājamo augu bioloģijas un ekoloģijas pētījumiem. Iesaistot projekta izpildē dažādu specialitāšu pārstāvjus, paredzēts iegūt informāciju, kas būtu praktiski izmantojama bioloģiskās daudzveidības nacionālās programmas īstenošanā.
Katrai retajai sugai nepieciešams noskaidrot, vai konkrētās sugas augi dotajos apstākļos realizē ģenētisko potenciālu optimālās robežās un ir veiksmīgi pielāgojušies, bet sugas īpatņu daudzuma samazināšanās saistāma galvenokārt ar piemēroto augteņu platības samazināšanos. Iespējams arī, ka retās sugas augi ir pakļauti ievērojamai vides stresa iedarbībai augšanas vietās, un to daudzuma samazināšanās ir tieši saistīta ar populācijas adaptīvā plastiskuma kapacitātes ievērojamu zudumu. Līdz ar to, dažādu reto sugu veiksmīgai saglabāšanai var būt nepieciešamas radikāli atšķirīgas stratēģijas.
Šāda veida informācija par retajiem Latvijas augiem pašlaik nav pieejama. Plānoto pētījumu rezultātā iegūtā informācija būs noderīga aizsargājamo augu sugu saglabāšanas plānu izstrādāšanā, īpaši aizsargājamo teritoriju apsaimniekotāju praktiskajā darbā, kā arī biotopu aizsardzībā. Projekta izstrādes pirmajā posmā paredzēts pievērsties īpaši apdraudētu augteņu – jūras krasta biotopu – reto un aizsargājamo augu bioloģijas izpētei.
Bioloģiskās daudzveidības saglabāšanas kontekstā ir svarīgi aizsargāt arī tādus Latvijas teritorijā apdraudētus augus, kuri aug citās teritorijās un tur netiek uzskatīti par apdraudētiem, jo katra konkrētā populācija satur unikālu genotipu. Sugai piemērotu biotopu dabiskā izolācija novērojama ļoti daudzām jūras piekrastes sugām. Tāpēc Latvijas jūras piekrastes reto augu izolēto populāciju ģenētiskā materiāla saglabāšana ir īpaši būtiska.
Dotā projekta mērķis ir izpētīt Latvijas jūras piekrastes zonas reto un apdraudēto augu sugu bioloģiskās īpašības un vides apstākļus, kas nosaka to augšanas un vairošanās sekmes konkrētajā augtenē. Mērķa sasniegšanai 2006. gadā izvirzīti sekojoši uzdevumi:
(1) veikt jūras piekrastes zonas reto un aizsargājamo augu atradņu apzināšanu;
(2) iekārtot reto un aizsargājamo augu fizioloģijas pētījumus daļēji kontrolējamos apstākļos;
(3) izdarīt bioloģijas pētījumus, izmantojot audu kultūras;
(4) dabiskajās atradnēs realizēt ekofizioloģijas pētījumus;
(5) uzsākt jūrmalas zilpodzes (Eryngium mritimum) Latvijas populācijas ģenētiskās struktūras analīzi;
(6) apkopot informāciju par jūras piekrastes zonas retajiem un aizsargājamiem augiem un prezentēt rezultātus.
Reto un aizsargājamo augu atradņu apzināšana
Turpināts 2005. gadā uzsāktais darbs par reto un aizsargājamo augu sugu atradņu apzināšanu jūras piekrastes zonā nolūkā izvēlēties modeļus tālākiem ekofizioloģijas un fizioloģijas pētījumiem. Veikts 2005. gada sezonā apsekoto atradņu atkārtots apsekojums, kā arī konstatētas iepriekš neapmeklētas atradnes 25 reto un aizsargājamo augu sugām. Izvēlētas vietas parastās vairoglapes (Hydrocotyle vulgaris) tālākiem ekofizioloģijas pētījumiem (Mērsraga pļavas un Būšnieku ezers), kā arī vieta kompleksiem ekofizioloģijas pētījumiem lielākai sugu grupai pie Liepājas ezera, kas ietver jūrmalas sālsasteri (Aster tripolium), jūrmalas pienzāli (Glaux maritima), jūrmlas pagauru (Spergularia salina), jūrmalas āžloku (Triglochin maritima), jūrmalas ceļteku (Plantago maritima), zemeņu āboliņu (Trifolium fragiferum).
Jūrmalas sālasteres (Aster tripolium) atradne pie Liepājas ezera (Latvijas Sarkanās grāmatas 1. kategorija)
Latvijas Sarkanās grāmatas 1. kategorijas auga jūrmalas pagaura (Spergularia salina) atradne Liepājā
Fizioloģijas pētījumi daļēji kontrolējamos apstākļos
Sēklu fizioloģija (miera periods, NaCl un osmotiskā stresa ietekme)
2006. gadā turpināta reto un aizsargājamo piekrastes zonas augu sēklu ievākšana un pārbaudīta to dīgtspēja un atrašanās iespējamā miera perioda stāvoklī. Kopā pārbaudīti 19 sēklu paraugi no 16 sugām. Izmēģināta iespēja pārtraukt sēklu miera peridou, lietojot stratifikāciju un giberelīnskābi. Ar atsevišķām sugām veikti izmēģinājumi par NaCl un osmotiskā stresa ietekmi uz dīgšanu un dīgšanas atjaunošanās spēju, nonākot labvēlīgos apstākļos. Jūras piekrastes zonas reto un aizsargājamo augu sugas salīdzinātas ar radniecīgām sugām. Tā piemēram, jūrmalas āžloka (Triglochin maritimum) sēklu dīgšana stresa ietekmē salīdzināta ar purva āžloka (Triglochin palustre) sēklu dīgšanu un konstatēts, ka šo sēklu fizioloģija ir relatīvi līdzīga. Pretēji tam, parastās vīrceles (Linaria vulgaris) sēklu dīgšana netajaunojas pēc īslaicīgas NaCl ietekmes, kā tas ir lēzela vīrceles (Linaria loezelii) sēklu gadījumā. Novērots, ka baltijas doņa (Juncus balticus) sēklu dīgšanu labvēlīgos apstākļos veicina iepriekšēja atrašanās vidē ar paaugstinātu sāļumu.
Baltijas doņa (Juncus balticus) sēklu dīgšanas eksperiments
Giberelīnskābes ietekme uz jūrmalas āžloka (Triglochin maritimum) dīgstu attīstību
Parastās vairoglapes morfoloģijas un oksidatīvo fermentu izmaiņas NaCl ietekmē
Parastā vairoglape ir klonālais augs, kas Latvijas apstākļos sastopams piejūras zonā zāļainās jūrmalas pļavās un piejūras ezeru krastos. Atsevišķos gadījumos tā aug vietās ar periodiski paaugstinātu augsnes sāļumu, kā arī apēnotās vietās, kas liek domāt, ka tai raksturīgi atbilstoši morfoloģiskās adaptācijas mehānismi. Eksperimentos ar dažādu gaismas intensitāti un divām NaCl koncentrācijām konstatēts, ka parastajai vairoglapei kā klonālajam augam raksturīgs ļoti augsts morfoloģiskais plastiskums. NaCl izsauc lapu un to kātu, kā arī primārā stolona attīstības un augšanas bremzēšanu, bet aktivējas sekundāro un terciāro stolonu attīstība un rametu veidošanās uz tiem. Līdztekus tam, novērojama oksidatīvo fermentu peroksidāzes un polifenolu oksidāzes aktivācija nelielas NaCl koncentrācijas ietekmē, kas liecina par ievērojamu sugas bioķīmisko palstiskumu.
Parastā vairoglape (Hydrocotyle vulgaris) ir klonālais augs ar ievērojamu morfoloģisko un bioķīmisko plastiskumu, kam ir adaptīva nozīme nelabvēlīgos vides apstākļos
NaCl ietekme uz jūras piekrastes augu fotosintēzes fotoķīmiju
Salīdzināta potenciālā halofīta jūrmalas sālsasteres (Aster tripolium) un sālsizturīgā nehalofīta parastās vairoglapes (Hydrocotyle vulgaris) fotosintēzes fotoķīmijas un pretoksidatīvās aizsargsistēmas aktivitātes izmaiņas NaCl ietekmē. Fotosintēzes fotoķīmiskie procesi analizēti, izmantojot nedestruktīvo hlorfila a fluorescences analīzi ar pulsa-amplitūdas modulēto portatīvo fluorescences analizatoru (PAM-2100, Walz. Germany). Jūrmalas sālsasterei kā obligātajam halofītam novērojama pastiprināta fotosistēmas aizsardzība pret fotoinhibēšanu paaugstinātu NaCl koncentrāciju ietekmē, kas saistīta gan ar nefotoķīmiskās kvantu pārtveršanas aktivāciju (karstuma izdalīšanās), gan ar pretoksidatīvās sistēmas stimulēšanu (askorbāta peroksidāze). Šie mehānismi nodrošina efektīvu un intensīvu fotosintēzi pat augsta augsnes NaCl ietekmē. Pretstatā tam, lai arī zemas NaCl koncentrācijas neizraisa parastās vairoglapes fotosintēzes fotoinhibēšanu, relatīvi augsts NaCl saturs augsnē izsauc fotosistēmas II darbības efektivitātes samazināšanos.
Fotosistēmas II fotoķīmiskās efektivitātes pieaugums pieaugošu NaCl koncentrāciju ietekmē jūrmalas sālsasteres lapās
Askorbāta peroksidāzes aktivitātes pieaugums jūrmalas sālsasteres lapās pieaugošu NaCl koncentrāciju ietekmē
Bioloģijas pētījumi audu kultūrās
Audu kultūru iniciācija
Reto un aizsargājamo augu audu kultūru uzsākšana ir būtiska gan no bioloģiskās daudzveidības saglabāšanas, gan fizioloģisko pētījumu nodrošinājuma viedokļa. Sadarbībā ar Nacionālā botāniskā dārza Audu kultūru laboratoriju veiksmīgi ievadītas audu kultūrā 29 reto un aizsargājamo augu sugas no jūras piekrastes zonas. Sīkāks apraksts atrodams pievienotajā publikācijā [Klavina D., Gailite A., Ievinsh G. (2006) Initial responses of explants from rare and endangered coastal plants during initiation of tissue culture. Acta Univ. Latv. 710:81-91].
Latvijas Sarkanās grāmatas 1. kategorijas auga zemeņu āboliņa (Trifolium fragiferum) attīstība audu kultūrā
NaCl un osmotiskā stresa ietekme uz attīstību un oksidatīvajiem fermentiem
2006. gadā veikti vairāki eksperimenti par NaCl un osmotiskā stresa ietekme uz augu attīstību un pretoksidatīvās sistēmas aktivitāti audu kultūrā ar smiltāju neļķi (Dianthus arenarius), jūrmalas pienzāli (Glaux maritima), lēzela vīrceli ( Linaria loeselii). Konstatēts, ka, atbilstoši iespējamam statusam attiecībā pret sālsizturību, potenciāli izturīgajām augu sugām aizsargmehānismi darbojas jau kultivētu audu līmenī. Tā piemēram, jūrmalas pienzālei 100 mM NaCl pievienošana barotnē stimulēja dzinumu attīstību un augšanu, kā arī, izsauca palielinātu pretoksidatīvās sistēmas aktivitāti uz samazinātas polifenolu oksidāzes aktivitātes fona.
NaCl un osmotiskā stresa ietekme uz jūrmalas pienzāles (Glaux maritima) attīstību audu kultūras apstākļos (no kreisās, 0 mM NaCl, 100 mM NaCl, 200 mM NaCl, 400 mM NaCl, 32 mM polietilēnglikols)
Ekofizioloģijas pētījumi dabiskajās atradnēs
Mikorizu infekcija
Lai noskaidrotu mikorizu simbiozes nozīmi jūras piekrastes augu adaptācijā heterogēniem vides apstākļiem, analizēja mikorizu infekcijas pakāpi dažādu sugu augiem un dažādos apstākļos, kā arī tās dinamiku augšanas sezonas laikā. Turpināta iepriekšējā gadā uzsāktā mikorīzu morfoloģijas analīze, kā arī veikti mikorizu ekoloģijas pētījumi ar parasto vairoglapi (Hydrocotyle vulgaris) Mērsraga atradnē, kur skaidrota sezonālo augsnes sāļuma izmaiņu un apgaismojuma ietekme uz mikorizu infekcijas pakāpi un morfoloģiju. Konstatēts, ka infekcijas pakāpe sezonas laikā izmainās atšķirīgi atkarībā no augsnes sastāva izmaiņām jūras ūdens pieplūšanas rezultātā.
Mikorizu infekcijas morfoloģijas īpatnības parastās vairoglapes (Hydrocotyle vulgaris) saknēs no augtenes ar samazinātu apgaismojuma intensitāti
Augsnes analīzes
Ievākti un izanalizēti 29 augsnes paraugi (14 mikro- un makroelementu saturs, pH, EC). No augsnes sastāva un īpašību viedokļa unikāla situācija konstatēta mitrājā pie Liepājas ezera, kur sastopamas daudzas reto un aizsargājamo augu sugas. Šī augsne raksturojas ar ievērojami palielinātu jonu saturu, ko apliecina paaugstinātā EC (4.4 līdz 29.9 mS cm-1, salīdzinot ar 0.16 līdz 0.57 citās piekrastes augsnēs). Augsne ir izteikti sārmaina (pH 8-9) un ar būtiski palielinātu nātrija, hlora, bora, sēra un dzelzs saturu. Jāsecina, ka šādā vietā augošiem augiem jābūt minerālās adaptācijas mehānismiem, kas ļauj veiksmīgi eksistē augtenē ar izteiktu minerālvielu disbalansu.
Eryngium maritimum populācijas ģenētiskās struktūras analīze
2006. gadā uzsākts darbs pie jūrmalas zilpodzes (Eryngium maritimum) Latvijas populācijas ģenētiskās struktūras analīzes. Oktobra sākumā ievākts materiāls DNS ekstrakcijai no 52 augiem Užavas un Ziemupes atradnēs. Izmantojot molekulāro marķieru tehnoloģiju, uzsāktas ģenētiskās analīzes. Turpmākajā projekta izpildes gaitā Latvijas populācijas rezultātus salīdzinās ar zilpodžu materiālu no Lietuvas, Polijas, Igaunijas un Zviedrijas atradnēm, kā arī ar materiālu no Ziemeļvelsas, lai varētu veikt pilnu Baltijas jūras austrumu daļas piekrastes zilpodzes ģenētisko raksturojumu un izdarīt secinājumus par konkrēto atradņu augu nozīmi sugas saglabāšanā.
Dr. biol., pētnieks Nils Rostoks (no kreisās), asistente Una Andersone un studente Baiba Ieviņa ievāc jūrmalas zilpodzes lapu paraugus DNS ekstrakcijai Ziemupes atradnē
Informācijas apkopošana un rezultātu prezentācija
Izveidota elektroniskā datu bāze FileMaker vidē “Jūras piekrastes zonas reto un aizsargājamo augu bioloģija” (67 retās un aizsargājamās jūras piekrastes sugas).
Par projekta rezultātiem 2006. gadā nopublicēti divi raksti:
Projekta pētnieciskie rezultāti 2006. gadā prezentēti trīs starptautiskajās konferencēs četru ziņojumu veidā:
1. Druva-Lusite I., Ievinsh G. (2006) Possible role of arbuscular mycorrhizal symbiosis in coastal plant biology. 15th FESPB Congress, Lyon, France, 17-22 July (stenda referāts);
Doktorante Ieva Druva-Lūsīte pie sava stenda referāta Eiropas Augu biologu biedrību federācijas 15. kongresā Lionā
2. Freipica I., Necajeva J., Ievinsh G. (2006) Salt and osmotic stress tolerance of endangered coastal plant species of Baltic Sea during germination, seedling establishment and in tissue culture. 15th FESPB Congress, Lyon, France, 17-22 July (stenda referāts);
3. Druva-Lusite I., Ievinsh G. (2006) Arbuscular mycorrhiza colonization is comparably high in habitats with extremely elevated soil salinity. 5th International Conference on Mycorrhizae, Granada, Spain, 23-27 July (mutisks ziņojums);
4. Ievinsh G. (2006) The significance of ecophysiological studies in conservation of rare and endangered native plants. 4th European Botanic Gardens Congress, Prague, Czech Republic, 18-22 September (stenda referāts).
Par 2006. gada pētījumu rezultātiem nolasīti sekojoši referāti LU 65. konferences sekcijā “Aizsargājamo augu bioloģija” 2007. gada 8. februārī:
I. Druva-Lūsīte, A. Karlsons, Ģ. Ieviņš: Arbuskulārās mikorizas kolonizācijas intensitātes izmaiņas Hydrocotyle vulgaris augiem vides faktoru ietekmē;
J. Ņečajeva, U. Andersone, Ģ. Ieviņš: Sēklu miera periods jūras piekrastes retajiem augiem;
A. Osvalde, A. Karlsons: Minerālvielu nodrošinājums jūras piekrastes retajiem un aizsargājamajiem augiem;
U. Andersone, I. Samsone, M. Vikmane, Ģ. Ieviņš: Fotosintēzes fotoķīmijas izmaiņas NaCl ietekmē jūras piekrastes sāļo vietu augiem;
U. Andersone, I. Samsone, Ģ. Ieviņš: NaCl ietekme uz parastās vairoglapes morfoloģiju un oksidatīvo fermentu aktivitāti;
Ģ. Ieviņš: LU pētniecības projekta divi gadi: ko mēs vēl nezinām par reto un aizsargājamo augu bioloģiju?
Uz projekta bāzes izstrādāti sekojoši LU Bioloģijas studiju programmu studentu darbi: B. Ieviņas bakalaura darbs “Zilpodzes (Eryngium maritimum) Latvijas populācijas ģenētiskā struktūra”, I. Freipičas maģistra darbs “NaCl un osmotiskā stresa ietekme uz aizsargājamo jūras piekrastes augu attīstību audu kultūrā un pretoksidatīvās sistēmas aktivitāti”, J. Ņečajevas maģistra darbs “Sāļu un osmotiskā stresa ietekme uz jūras piekrastes reto un aizsargājamo augu sēklu dīgšanu un dīgstu augšanu”, I. Druvas-Lūsītes doktora darbs “Mikorīzu simbioze Baltijas jūras piekrastes augiem un tās iespējamā adaptīvā nozīme” un A. Karlsona doktora darbs “Minerālās barošanās adaptīvie mehānismi un minerālelementu nodrošinājuma īpatnības jūras piekrastes augiem”.Projekta vadītājs
Prof., Dr. hab. biol. Ģederts Ieviņš
Prof., Dr. hab. biol. Ģederts Ieviņš