vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2022-1-188-198vir-nw-1203Research ArticleСИСТЕМАТИКА, ФИЛОГЕНИЯ И ГЕОГРАФИЯ КУЛЬТУРНЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ ДИКИХ РОДИЧЕЙSYSTEMATICS, PHYLOGENY AND GEOGRAPHY OF CULTIVATED PLANTS AND THEIR WILD RELATIVESПыльца представителей рода Pterocarya (Juglandaceae), произрастающих в естественных местообитаниях и в условиях Санкт-ПетербургаPollen of Pterocarya (Juglandaceae) representatives from natural habitats and St. Petersburg environmentshttps://orcid.org/0000-0003-2640-9659ГавриловаО. А.GavrilovaO. A.

Ольга Анатольевна Гаврилова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

197376, Санкт-Петербург, ул. профессора Попова, 2

Olga A. Gavrilova, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

2 Professorа Popovа Street, St. Petersburg 197376

gavrilova@binran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6611-5199ФирсовГ. А.FirsovG. A.

Геннадий Афанасьевич Фирсов, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

197376, Санкт-Петербург, ул. профессора Попова, 2

Gennady A. Firsov, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

2 Professorа Popovа Street, St. Petersburg 197376

gennady_firsov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2573-6500ГорновД. А.GornovD. A.

Даниил Андреевич Горнов, аспирант

197376, Санкт-Петербург, ул. профессора Попова, 2

Daniil A. Gornov, postgraduate student

2 Professorа Popovа Street, St. Petersburg 197376

gornovdaniil@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5763-5523СеменовА. Н.SemenovA. N.

Андрей Николаевич Семенов, соискатель

197376, Санкт-Петербург, ул. профессора Попова, 2

Andrey N. Semenov, postgraduate applicant

2 Professorа Popovа Street, St. Petersburg 197376

undreu@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6611-5199ВолчанскаяА. В.VolchanskayaA. V.

Александра Владимировна Волчанская, агроном

197376, Санкт-Петербург, ул. профессора Попова, 2

Alexandra V. Volchanskaya, agronomist

2 Professorа Popovа Street, St. Petersburg 197376

sandalet@mail.ruБотанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наукРоссияKomarov Botanical Institute of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2022180420221831188198Copyright © Гаврилова О.А., Фирсов Г.А., Горнов Д.А., Семенов А.Н., Волчанская А.В., 20222022Гаврилова О.А., Фирсов Г.А., Горнов Д.А., Семенов А.Н., Волчанская А.В.Gavrilova O.A., Firsov G.A., Gornov D.A., Semenov A.N., Volchanskaya A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1203

 Актуальность. Сравнительно-палиноморфологическое исследование естественно произрастающих и интродуцированных представителей лапин позволит выявить таксономическое значение морфологических признаков пыльцы рода и особенности пыльцы культивируемых растений. Охарактеризованы качество пыльцевого материала и интродукционный потенциал растений из Ботанического сада БИН РАН.Материалы и методы. Пыльцевые зерна изучены с помощью светового, конфокального лазерного сканирующего и сканирующего электронного микроскопов. Фертильность определяли стандартным ацетокарминовым методом.Результаты. Впервые проведено сравнение морфологии пыльцы культивируемых и обитающих в естественных условиях растений этого рода. Фертильность пыльцевых зерен у всех изученных образцов, за исключением Pterocarya fraxinifolia (Lam.) Spach, очень высокая, в основном более 90%. Фертильность зерен P. fraxinifolia в разные годы варьирует от 28 до 73%, что является низким или средним показателем качества пыльцы. В результате изучения 12 образцов выявлено, что пыльцевые зерна пяти таксонов сплющенные, средних размеров, 21–45 мкм в диаметре, 4–8-поровые, поры расположены вблизи экватора. Скульптура микрошипиковатая. У P. fraxinifolia обнаружены мелкие пыльцевые зерна, а также зерна с бугорчатой поверхностью, в нераспавшихся тетрадах и диадах. Приведены данные об интродукции рода в Санкт-Петербурге.Заключение. Палинономофологическая характеристика является диагностической для рода Pterocarya Kunth. Пыльца птерокарий хорошо отличима от других ветроопыляемых таксонов, однако точные определения видов по пыльце с целью спорово-пыльцевого анализа невозможны. Морфологически наиболее разнообразны зерна низкофертильного образца P. fraxinifolia. Ограниченная возможность семенного размножения P. fraxinifolia, вероятно, связана с низкой фертильностью пыльцы у интродуцированного экземпляра. Качество пыльцы произрастающих в культуре P. rhoifolia Siebold et Zucc. и P. stenoptera DC. высокое. 

Background. Comparative palynomorphological studies of naturally occurring and introduced Pterocarya Kunth representatives reveal the taxonomic significance of pollen morphological features and pollen characters of cultivated plants. The quality of pollen material and the potential of the plants from the Botanical Garden of BIN RAS for introduction are characterized.Materials and methods. Pollen grains were investigated using light, confocal laser scanning and scanning electron microscopes. Fertility was assessed using the standard acetocarmine method.Results. Comparison of pollen morphology in cultivated and naturally growing plants of this genus was made for the first time. Pollen fertility of two cultivated species (Pterocarya rhoifolia Siebold et Zucc., and P. stenoptera DC.) was very high, generally over 90%. Fertility of P. fraxinifolia (Lam.) Spach grains varied from 28 to 73% in different years, which is a low or medium level of pollen quality. Morphologically, pollen grains of all 12 specimens from five taxa are flattened, medium sized, 21–45 μm in diameter, with 4–8 pores; pores are located mainly at or near the equator. The pores are round or oval, with a limbus. Exine is three-layered, thickened near the pore. The sculpture is microechinate. The low-fertile P. fraxinifolia specimen contains small pollen grains, as well as grains in tetrads and dyads. The data on the introduction of the genus in St. Petersburg are presented.Conclusion. The palynonomophological description is diagnostic for the genus Pterocarya. The Pterocarya pollen is well distinguishable from other wind-pollinated taxa; however, species identification by pollen for spore-pollen analysis is not practicable. Morphologically, the most diverse are the grains of the low fertile specimen P. fraxinifolia. The limited possibility of seed propagation of P. fraxinifolia is probably explained by low pollen fertility. The pollen quality of the introduced P. rhoifolia and P. stenoptera is high.

спородермафертильностьлапинарепродукцияинтродукцияsporodermfertilityreproductionintroductionработа выполнена с использованием дендроколлекции Ботанического сада Петра Великого БИН РАН и на оборудовании ЦКП «Клеточные и молекулярные технологии изучения растений и грибов» Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН (Санкт-Петербург) в рамках государственного задания № AAA-A18-118031690084-9 и № ААА-А18-118032890141-4 БИН РАН. Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.the study was carried out on the equipment of the Core Resource Center “Cellular and molecular technique for plant and fungi investigation” of BIN RAS, using the dendrocollection of the Botanical Garden of Peter the Great, BIN RAS, within the framework of State Task No. AAA-A18-118031690084-9 of the Komarov Botanical Institute of the RAS. The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesBean W.J. Trees and shrubs hardy in the British Isles. G. Taylor, D.L. Clarke (eds). London: John Murray; 1976.Bean W.J. Trees and shrubs hardy in the British Isles. G. Taylor, D.L. Clarke (eds). London: John Murray; 1976.Bos J.A.A., Punt W. The Northwest European pollen flora. 47. Juglandaceae. Review of Palaeobotany and Palynology. 1991;69:79-95.Bos J.A.A., Punt W. The Northwest European pollen flora. 47. Juglandaceae. Review of Palaeobotany and Palynology. 1991;69:79-95.Булыгин Н.Е., Фирсов Г.А. Древесные растения «Красной книги СССР» в Ленинграде. Бюллетень Главного ботанического сада. 1990;(157):9-15.Bulygin N.E., Firsov G.A. Woody plants from the Red Book of the USSR in Leningrad (Drevesnye rasteniya “Krasnoi Knigi SSSR”). Bulletin Main Botanical Garden. 1990;(157):9-15. [in Russian]Erdtman G. Pollen morphology and plant taxonomy – Angiosperms. Stockholm: Almqvist & Wiksell; 1952.Erdtman G. Pollen morphology and plant taxonomy – Angiosperms. Stockholm: Almqvist & Wiksell; 1952.Федорук А.Т. Опыт интродукции древесных лиственных растений в Белоруссии. Минск: Университетское; 1985.Fedoruk A.T. Experiment on introduction of arboreal deciduous plants in Byelorussia (Opyt introduktsii drevesnykh listvennykh rasteniy v Belorussii). Minsk: Universitetskoye; 1985. [in Russian]Фирсов Г.А. Древесные растения ботанического сада Петра Великого (XVIII-XXI вв.) и климат Санкт-Петербурга. В сб.: Ботаника: история, теория, практика (к 300-летию основания Ботанического института им. В.Л. Комарова Российской академии наук): Труды международной научной конференции / под ред. Д.В. Гельтмана. Санкт-Петербург: ЛЭТИ; 2014. C.208-215.Firsov G.A. Woody plants of Peter the Great Botanic Garden (18th–21st centuries) and the climate of Saint-Petersburg. In: D.V. Geltman (ed.). Botany: history, theory, and practice (to the 300th anniversary of the founding of the Komarov Botanical Institute of the Russian Academy of Sciences): Proceedings of the International Scientific Conference (Botanika: istoriya, teoriya, praktika (k 300-letiyu osnovaniya Botanicheskogo instituta im. V.L. Komarova Rossiyskoy akademii nauk): Trudy mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii). St. Petersburg: LETI: 2014. p.208-215. [in Russian]Фирсов Г.А., Васильев Н.П., Фёдорова Н.Э. Семейство Juglandaceae в коллекции Ботанического сада Петра Великого на Аптекарском острове. Hortus botanicus. 2015;10:175-188. DOI: 10.15393/j4.art.2015.2681Firsov G.A., Vasiljev N.P., Fedorova N.E. Species of Juglandaceae at Peter the Great Botanic Garden at Apothecaries Island. Hortus botanicus. 2015;10:175-188. [in Russian] DOI: 10.15393/j4.art.2015.2681Gavrilova O., Zavialova N., Tekleva M., Karasev E. Potential of CLSM in studying some modern and fossil palynological objects. Journal of Microscopy. 2018;269(3):291-309. DOI: 10.1111/jmi.12639Gavrilova O., Zavialova N., Tekleva M., Karasev E. Potential of CLSM in studying some modern and fossil palynological objects. Journal of Microscopy. 2018;269(3):291-309. DOI: 10.1111/jmi.12639Гаврилова О.А., Тихонова О.А. К репродуктивной биологии отдаленных гибридов в семействе Grossulariaceae. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2017;178(4):106-123. DOI: 10.30901/2227-8834-2017-4-100-118Gavrilova O.A., Tikhonova O.A. Оn reproductive biology of distant hybrids in the Grossulariaceae family. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2017;178(4):106-123. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2017-4-100-118Grimshaw J., Bayton R. New trees: Recent introductions to cultivation. Kew: Royal Botanic Gardens; 2009.Grimshaw J., Bayton R. New trees: Recent introductions to cultivation. Kew: Royal Botanic Gardens; 2009.Ильинская И.А. Монография рода Pterocarya Kunth. Труды Ботанического института им. В.Л. Комарова АН СССР. 1953;1(10):7-123.Iljinskaya I.A. Monograph of the genus Pterocarya Kunth. (Monografiya roda Pterocarya Kunth.) Trudy Botanicheskogo instituta im. V.L. Komarova AN SSSR = Proceedings of the V.L. Komarov Botanical Institute of the USSR Academy of Sciences. 1953;1(10):7-123. [in Russian]Kozlowski G., Bétrisey S., Song Y. Wingnuts (Pterocarya) and walnut family. Relict trees: linking the past, present and future. Fribourg: Natural History Museum; 2018.Kozlowski G., Bétrisey S., Song Y. Wingnuts (Pterocarya) and walnut family. Relict trees: linking the past, present and future. Fribourg: Natural History Museum; 2018.Krussmann G. Manual of cultivated broad-leaved trees and shrubs. Vol. III, PRU-Z. Portland: Timber Press; 1986.Krussmann G. Manual of cultivated broad-leaved trees and shrubs. Vol. III, PRU-Z. Portland: Timber Press; 1986.Конспект флоры Кавказа: В 3 томах. Т. 3, ч. 2 / под ред. Г.Л. Кудряшовой, И.В. Татанова. Санкт-Петербург; Москва: КМК; 2012.Kudryashova G.l., Tatanov I.V. (eds). Caucasian flora conspectus: in 3 volumes. Vol. 3(2). St. Petersburg; Moscow: KMK; 2012. [in Russian]Куприянова Л.А. Палинология сережкоцветных (Amentiferae). Москва; Ленинград; 1965).Kupriyanova L.A. Palynology of catkins (Amentiferae) (Palinologiya serezhkotsvetnykh [Amentiferae]). Moscow; Leningrad; 1965. [in Russian]Manning W.E. The Classification within the Juglandaceae. Annals of the Missouri Botanical Garden. 1978;65(4):1058-1087. DOI: 10.2307/2398782Manning W.E. The Classification within the Juglandaceae. Annals of the Missouri Botanical Garden. 1978;65(4):1058-1087. DOI: 10.2307/2398782Manos P.S., Soltis P.S., Soltis D.E., Manchester S.R., Oh S.H., Bell C.D. et al. Phylogeny of extant and fossil Juglandaceae inferred from the integration of molecular and morphological data sets. Systematic Biology. 2007;56(3):412-430. DOI: 10.1080/10635150701408523Manos P.S., Soltis P.S., Soltis D.E., Manchester S.R., Oh S.H., Bell C.D. et al. Phylogeny of extant and fossil Juglandaceae inferred from the integration of molecular and morphological data sets. Systematic Biology. 2007;56(3):412–430. DOI: 10.1080/10635150701408523Moon H.K., Kong M.J., Song J.H., Kim S.Y., Kim J.S., Jung E.H. et al. Morphological characteristics of major airborne pollen in Korea peninsula. Journal of Species Research. 2015;4(2):159-168. DOI: 10.12651/JSR.20154.2.159Moon H.K., Kong M.J., Song J.H., Kim S.Y., Kim J.S., Jung E.H. et al. Morphological characteristics of major airborne pollen in Korea peninsula. Journal of Species Research. 2015;4(2):159-168. DOI: 10.12651/JSR.20154.2.159Nakano Y., Sakio H. Pterocarya rhoifolia. In: Sakio H. (ed.) Long-Term Ecosystem Changes in Riparian Forests. Ecological Research Monographs. Singapore: Springer; 2020. DOI: 10.1007/978-981-15-3009-8_3Nakano Y., Sakio H. Pterocarya rhoifolia. In: Sakio H. (ed.) Long-Term Ecosystem Changes in Riparian Forests. Ecological Research Monographs. Singapore: Springer; 2020. DOI: 10.1007/978-981-15-3009-8_3Паушева З.А. Практикум по цитологии растений. Москва: Агропромиздат; 1988.Pausheva Z.P. Workshop on plant cytology (Praktikum po tsitologii rasteniy). Moscow: Agropromizdat. 1988. [in Russian]Rix M. Pterocarya macroptera var. insignis, Juglandaceae. Curtis’s Botanical Magazine. 2007;24(3):180-185.Rix M. Pterocarya macroptera var. insignis, Juglandaceae. Curtis’s Botanical Magazine. 2007;24(3):180-185.Shishova M., Puzanskiy R., Gavrilova O., Kurbanniazov Sh., Demchenko K., Yemelyanov V. et al. Metabolic alterations in male-sterile potato as compared to male-fertile. Metabolites. 2019;9(2):24. DOI: 10.3390/metabo9020024Shishova M., Puzanskiy R., Gavrilova O., Kurbanniazov Sh., Demchenko K., Yemelyanov V. et al. Metabolic alterations in male-sterile potato as compared to male-fertile. Metabolites. 2019; 9(2):24. DOI: 10.3390/metabo9020024Song YG., Walas Ł., Pietras M., Sȃm H.V., Yousefzadeh H., Ok T. et al. Past, present and future suitable areas for the re lict tree Pterocarya fraxinifolia (Juglandaceae): Integrating fossil records, niche modeling, and phylogeography for conservation. European Journal of Forest Research. 2021;140(6):1323-1339. DOI: 10.1007/s10342-021-01397-6Song YG., Walas Ł., Pietras M., Sȃm H.V., Yousefzadeh H., Ok T. et al. Past, present and future suitable areas for the re lict tree Pterocarya fraxinifolia (Juglandaceae): Integrating fossil records, niche modeling, and phylogeography for conservation. European Journal of Forest Research. 2021;140(6):1323-1339. DOI: 10.1007/s10342-021-01397-6Stachurska A. Morphology of pollen grains of the Juglandaceae. Monographiae Botanicae. 1961;12:121-143. DOI: 10.5586/mb.1961.005Stachurska A. Morphology of pollen grains of the Juglandaceae. Monographiae Botanicae. 1961;12:121-143. DOI: 10.5586/mb.1961.005Связева О.А. Деревья, кустарники и лианы парка Ботанического сада Ботанического института им. В.Л. Комарова (к истории введения в культуру). Санкт-Петербург: Росток; 2005.Svyazeva O.A. Trees, shrubs and vines of the park of the Botanical Garden at the Komarov Botanical Institute (to the history of introduction into cultivation) (Derevya, kustarniki i liany parka Botanicheskogo sada Botanicheskogo instituta im. V.L. Komarova [k istorii vvedeniya v kulturu]). St. Petersburg: Rostok; 2011. [in Russian]Тихонова О.А., Гаврилова О.А., Радченко Е.А., Вержук В.Г., Павлов А.В. Жизнеспособность пыльцы черной смородины до и после криоконсервирования в жидком азоте и особенности ее морфологии. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2020;181(3):110-119. DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-110-119Tikhonova O.A., Gavrilova O.A., Radchenko E.A., Verzhuk V.G., Pavlov A.V. Viability of black currant pollen before and after cryopreservation in liquid nitrogen, and its morphological features. Proceedings on Applied Bo ta ny, Genetics and Breeding. 2020;181(3):110-119. [in Russian] DOI: 10.30901/2227-8834-2020-3-110-119Whitehead D.R. Pollen morphology in the Juglandaceae, II: Survey of the family. Journal of the Arnold Arboretum. 1965;46(4):369-410.Whitehead D.R. Pollen morphology in the Juglandaceae, II: Survey of the family. Journal of the Arnold Arboretum. 1965;46(4):369-410.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.