FEATURES OF SEXUAL REPRODUCTION OF ALPINE SHORT-LIVED HERBACEOUS PLANTS AND THEIR COMPARISON WITH ALPINE LONG-LIVED PLANTS (NORTH-WEST CAUCASUS, RUSSIA)

E. S. Kazantseva, V. G. Onipchenko, V. A. Bogatyrev, A. M. Kipkeev, E. N. Lider

Abstract


Most of short-lived plants are non-clonal and population survival of these kinds of species totally depends on the success in seed reproduction. Our observations were conducted in 2009-2014 in alpine plant communities of Teberda Reserve, the North-West Caucasus, Russia, 2800 m above sea level. We studied productivity, mass and germination of seeds of nine alpine short-lived plants. We found out that Sedum tenellum had the highest seed productivity (210±16 seeds per generative shoot, hereinafter “±” is Standard error), the highest number of generative shoots (194±33 shoots per м2) and seed yield (41 967±8 339 seeds per м2). Seed productivity also was high (more than 100 seeds per generative shoot) for Draba hispida and Murbeckiella huetii. Seed productivity was low (less than 100 seeds) for Androsace albana, Anthyllus vulneraria, Eritrichium caucasicum, Minuartia recurva, Trifolium badium. The biggest seed belonged to Anthyllus vulneraria (3.25±0.038 mg – dry mass of one seed), Sedum tenellum seed was the smallest – 0.02±0.002 mg. Seed germination was low (less 10%) for Anthyllus vulneraria, Eritrichium caucasicum, Sedum tenellum, high (more 50%) for Draba hispida, Murbeckiella huetii. Generally the seeds started to germinate at the beginning of laboratory experiment – on 4-7th day. Moreover, we found out that seed productivity and seed mass of alpine short-lived plants do not have significant differences with seed productivity and seed mass of alpine long-lived plants. The mean of absolute dry mass of 100 seeds for short-lived plants was 89±38 mg (n=8), long-lived – 184±38 mg (n=38). The mean of seed productivity (number of seeds per generative shoot) for short-lived plants was 87±25 (n=8), long-lived – 104±36 (n=97).


Keywords


sexual reproduction, seed productivity, generative shoot, germination, seed mass, alpine short-lived, long-lived plants, North-West Caucasus

References


Аджиев Р.К. Экспериментальное изучение всхожести семян альпийских растений Северного Кавказа / Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. М., 2012. 141 с. [Adzhiev R.K. Eksperimental'noe izuchenie vskhozhesti semyan al'piiskikh rastenii Severnogo Kavkaza / Dissertatsiya na soiskanie uchenoi stepeni kandidata biologicheskikh nauk. M., 2012. 141 s.]

Аджиев Р.К., Онипченко В.Г. Влияние погребения в почву на всхожесть семян альпийских растений северо-западного Кавказа // Почвы и растительный мир горных территорий. Отв. ред. Ф.А.Темботова и др. М., 2009. С. 105-107. [Adzhiev R.K., Onipchenko V.G. Vliyanie pogrebeniya v pochvu na vskhozhest' semyan al'piiskikh rastenii severo-zapadnogo Kavkaza // Pochvy i rastitel'nyi mir gornykh territorii. Otv. red. F.A.Tembotova i dr. M., 2009. S. 105-107.]

Аджиев Р.К., Онипченко В.Г. Экспериментальное изучение всхожести погребенных семян альпийских растений // Юг России: экология, развитие. 2011. №2. С. 17-23. [Adzhiev R.K., Onipchenko V.G. Eksperimental'noe izuchenie vskhozhesti pogrebennykh semyan al'piiskikh rastenii // Yug Rossii: ekologiya, razvitie. 2011. №2. S. 17-23.]

Аджиева Р.Б., Онипченко В.Г. Связь массы семян с эколого-морфологическими параметрами альпийских растений северо-западного Кавказа // Экологический вестник Северного Кавказа. 2008. Т.4. №2. С. 82-87. [Adzhieva R.B., Onipchenko V.G. Svyaz' massy semyan s ekologo-morfologicheskimi parametrami al'piiskikh rastenii severo-zapadnogo Kavkaza // Ekologicheskii vestnik Severnogo Kavkaza. 2008. T.4. №2. S. 82-87.]

Аджиев Р.К., Онипченко В.Г., Текеев Д.К. Сохранение жизнеспособности погребенных семян в альпийских фитоценозах северо-западного Кавказа: итоги пятилетнего эксперимента // Журнал Общей Биологии. 2012. Т. 73. №6. С. 453-458. [Adzhiev R.K., Onipchenko V.G., Tekeev D.K. Sokhranenie zhiznesposobnosti pogrebennykh semyan v al'piiskikh fitotsenozakh severo-zapadnogo Kavkaza: itogi pyatiletnego eksperimenta // Zhurnal Obshchei Biologii. 2012. T. 73. №6. S. 453-458.]

Акулова З.В. Онтогенез и некоторые биологические особенности видов рода Anthyllis L., выращиваемых в Ленинградской области // Растительные ресурсы. 1994. Т. 30, вып. 3. С. 25-34. [Akulova Z.V. Ontogenez i nekotorye biologicheskie osobennosti vidov roda Anthyllis L., vyrashchivaemykh v Leningradskoi oblasti // Rastitel'nye resursy. 1994. T. 30, vyp. 3. S. 25-34.]

Доброхотов В.Н. Семена сорных растений. М., 1961. 464 с. [Dobrokhoтov V.N. Semena sornykh rastenii. M., 1961. 464 s.]

Жмылев П.Ю., Алексеев Ю.Е., Карпухина Е.А., Баландин С.А. Биоморфология растений: иллюстрированный словарь. Учебное пособие. Изд. 2-е, испр. и доп. М., 2005. 256 с. [Zhmylev P.Yu., Alekseev Yu.E., Karpukhina E.A., Balandin S.A. Biomorfologiya rastenii: illyustrirovannyi slovar'. Uchebnoe posobie. Izd. 2-e, ispr. i dop. M., 2005. 256 s.]

Жукова Л.А. Популяционная жизнь луговых растений. Йошкар-Ола, 1995. 224 с. [Zhukova L.A. Populyatsionnaya zhizn' lugovykh rastenii. Ioshkar-Ola, 1995. 224 s.]

Злобин Ю.А. Потенциальная семенная продуктивность // Эмбриология. Терминология и концепции. Системы репродукции. СПб., 2000. Т. 3. С. 258-261. [Zlobin Yu.A. Potentsial'naya semennaya produktivnost' // Embriologiya. Terminologiya i kontseptsii. Sistemy reproduktsii. SPb., 2000. T. 3. S. 258-261.]

Казанцева Е.С., Онипченко В.Г., Кипкеев А.М. Возраст первого цветения травянистых альпийских малолетников северо-западного Кавказа // Биллютень МОИП, в печати. [Kazantseva E.S., Onipchenko V.G., Kipkeev A.M. Vozrast pervogo tsveteniya travyanistykh al'piiskikh maloletnikov severo-zapadnogo Kavkaza // Billyuten' MOIP, v pechati.]

Левина Р. Е. Репродуктивная биология семенных растений (Обзор проблемы). М., 1981. 96 с. [Levina R. E. Reproduktivnaya biologiya semennykh rastenii (Obzor problemy). M., 1981. 96 s.]

Логвиненко О.А., Онипченко В.Г. Семенная продуктивность альпийских растений // Высокогорные экосистемы Тебердинского заповедника: состав, структура и экспериментальный анализ механизмов организации / Труды Тебердинского гос. Биосферного заповедника. Вып. 15. М., 1999а. С. 51-63. [Logvinenko O.A., Onipchenko V.G. Semennaya produktivnost' al'piiskikh rastenii // Vysokogornye ekosistemy Teberdinskogo zapovednika: sostav, struktura i eksperimental'nyi analiz mekhanizmov organizatsii / Trudy Teberdinskogo gos. Biosfernogo zapovednika. Vyp. 15. M., 1999a. S. 51-63.]

Логвиненко О.А., Онипченко В.Г. Связь показателей семенного размножения альпийских растений с весом семян и их запасом в почве // Алиевские чтения. Тезисы докладов научной сессии преподавателей и аспирантов университета (19-24 апреля 1999). Карачаевск, 1999б. С. 285-286. [Logvinenko O.A., Onipchenko V.G. Svyaz' pokazatelei semennogo razmnozheniya al'piiskikh rastenii s vesom semyan i ikh zapasom v pochve // Alievskie chteniya. Tezisy dokladov nauchnoi sessii prepodavatelei i aspirantov universiteta (19-24 aprelya 1999). Karachaevsk, 1999b. S. 285-286.]

Логвиненко О.А. Влияние минерального питания и полива на семенную продуктивность альпийских растений // Алиевские чтения. Тезисы докладов научной сессии преподавателей и аспирантов университета. Карачаевск, 2002. С. 369-370. [Logvinenko O.A. Vliyanie mineral'nogo pitaniya i poliva na semennuyu produktivnost' al'piiskikh rastenii // Alievskie chteniya. Tezisy dokladov nauchnoi sessii prepodavatelei i aspirantov universiteta. Karachaevsk, 2002. S. 369-370.]

Марков М.В. Популяционная биология растений. М., 2012. 387 с. [Markov M.V. Populyatsionnaya biologiya rastenii. M., 2012. 387 s.]

Марков М.В. Популяционная биология розеточных и полурозеточных малолетних растений. Казань, 1990. 185 с. [Markov M.V. Populyatsionnaya biologiya rozetochnykh i polurozetochnykh maloletnikh rastenii. Kazan', 1990. 185 s.]

Нахуцришвили Г.Ш., Гамцемлидзе З.Г. Жизнь растений в экстремальных условиях высокогорий (на примере Центрального Кавказа). Л., 1984. 123 с. [Nakhutsrishvili G.Sh., Gamtsemlidze Z.G. Zhizn' rastenii v ekstremal'nykh usloviyakh vysokogorii (na primere Tsentral'nogo Kavkaza). L., 1984. 123 s.]

Онипченко В.Г. Функциональная фитоценология: Синэкология растений. М., 2013. 576 с. [Onipchenko V.G. Funktsional'naya fitotsenologiya: Sinekologiya rastenii. M., 2013. 576 s.]

Павлов В.Н., Онипченко В.Г. Растительность высокогорий // Итоги науки и техники (ВИНИТИ). Ботаника. 1987. Т. 7. С. 3-83. [Pavlov V.N., Onipchenko V.G. Rastitel'nost' vysokogorii // Itogi nauki i tekhniki (VINITI). Botanika. 1987. T. 7. S. 3-83.]

Полевая геоботаника под ред. Е.М. Лавренко и А.А. Корчагина. М., Л., 1960. Т. 2. 500 с. [Polevaya geobotanika pod red. E.M. Lavrenko i A.A. Korchagina. M., L., 1960. T. 2. 500 s.]

Раменский Л.Г. О принципиальных установках, основных понятиях и терминах производственной типологии земель, геоботаники и экологии // Сов. ботаника. 1935. № 4. С. 25–40. [Ramenskii L.G. O printsipial'nykh ustanovkakh, osnovnykh ponyatiyakh i terminakh proizvodstvennoi tipologii zemel', geobotaniki i ekologii // Sov. botanika. 1935. № 4. S. 25–40.]

Судзиловская Н.А. Изменение численности генеративных побегов при снятии ресурсного лимитирования на альпийских лишайниковых пустошах // Алиевские чтения. Материалы научной сессии (18-23 апреля 2005 г.) Карачаевск, 2005. С.281-284. [Sudzilovskaya N.A. Izmenenie chislennosti generativnykh pobegov pri snyatii resursnogo limitirovaniya na al'piiskikh lishainikovykh pustoshakh // Alievskie chteniya. Materialy nauchnoi sessii (18-23 aprelya 2005 g.) Karachaevsk, 2005. S.281-284].

Ходачек Е.А. Популяционные и ценотические аспекты изучения репродукции растений в условиях Арктики // Эмбриология цветковых растений (терминология и концепции). СПб, 2000. Т. 3. С. 432-439. [Khodachek E.A. Populyatsionnye i tsenoticheskie aspekty izucheniya reproduktsii rastenii v usloviyakh Arktiki // Embriologiya tsvetkovykh rastenii (terminologiya i kontseptsii). SPb, 2000. T. 3. S. 432-439.]

Шинковская К.А. Эколого-морфологические особенности Sedum tenellum Bieb. в высокогорьях Тебердинского заповедника // Состав и структура высокогорных экосистем Тебердинского заповедника. Тр. Тебердинского государственного биосферного заповедника. Вып. 27. М., 2007. С. 131-135. [Shinkovskaya K.A. Ekologo-morfologicheskie osobennosti Sedum tenellum Bieb. v vysokogor'yakh Teberdinskogo zapovednika // Sostav i struktura vysokogornykh ekosistem Teberdinskogo zapovednika. Tr. Teberdinskogo gosudarstvennogo biosfernogo zapovednika. Vyp. 27. M., 2007. S. 131-135.]

Шихэмиров М.Г. Семенная продуктивность горно-луговых экосистем на Восточном Кавказе. М., 1984. 59 c. [Shikhemirov M.G. Semennaya produktivnost' gorno-lugovykh ekosistem na Vostochnom Kavkaze. M., 1984. 59 c.]

Bell K.L., Bliss L.C. Plant Reproduction in a High Arctic Environment // Arctic and Alpine Research. 1980. Vol. 12. №1. P. 1-10

Billings W. D., Mooney H.A. The ecology of arctic and alpine plants // Biological Reviews. 1968. Vol. 43. Issue 4. P. 481-529

Chambers J.C. Seed and vegetation dynamics in an alpine herb field: effects of disturbance type // Canadian Journal of Botany, Vol. 71, № 3, 1993, pp. 471-485

Douglas D.A. Seed germination, seedling demography, and growth of Salix setchelliana on glacial river gravel bars in Alaska // Canadian Journal of Botany. 1995. Vol. 73. P. 673-679.

During H.J., Schenkeveld A.J., Verkaar H.J., Willems J.H. Demography of short-lived forbs in chalk grassland in relation to vegetation structure // The Population Structure of Vegetation, Handbook of Vegetation Science. 1985. Vol. 3. P. 341-370

Flueler R.P. Experimental studies on the germination behaviour and early developmental phases of alpine Leguminosae // Veroffentlichungen des Geobotanischen Institutes der ETH, Stiftung Rubel, Zurich, 1992. Vol. 110. 149 р.

Grime J. P., Mason G., Curtis A. V., Rodman J., Band S. R., Mowforth M. A. G., Neal A. M., Shaw S. A comparative study of germination characteristics in a local flora // Journal of Ecology. 1981. Vol. 69. P. 1017-1059.

Grime J.P., Hodgson J.G., Hunt R. Comparative plant ecology: a functional approach to common British species. London, 1988. 742 p.

Grime J.P. Plant strategies, vegetation processes, and ecosystem properties. Second edition. Chichester, 2001. 417 p.

Gross K.L., Werner P.A. Colonizing abilities of "biennial" plant species in relation to ground cover: implications for their distributions in a successional sere // Ecology. 1982. Vol. 63. №4. P. 921-931.

Grubb P. J. A theoretical background to the conservation of ecologicall distinct groups of annuals and biennials in the chalk grassland ecosystem // Biological Conservation. 1976. Vol. 10. Issue 1. P. 53-76.

Körner C. Alpine plant life: functional plant ecology of high mountain ecosystems. Second edition. Berlin, 2003. 350 p.

Kossowski M. Badania nad wzrostem I roswojem przelotu – Anthyllis vulneraria L. Cz. 1. Wpływ terminu siewu na wzrost i rozwój przelotu // Hodowla roslin aklimatyzacja i nasiennictwo. 1963. T. 7. Zeszyt 2 P. 143-173.

Ladinig U., Wagner J. Sexual reproduction of the high mountain plant Saxifraga moschata Wulfen at varying lengths of the growing season // Flora. 2005. Vol. 200. P. 502–515.

Lembicz M., Olejniczak P., Zukowski W., Bogdanowicz A.M. Effect of mother plant age on germination and size of seeds and seedlings in the perennial sedge Carex secalina (Cyperaceae) // Flora. 2011. Vol. 206. P. 158-163.

Marchand P.J., Roach D.A. Reproductive Strategies of Pioneering Alpine Species: Seed Production, Dispersal, and Germination // Arctic and Alpine Research. 1980. Vol. 12. №2. P. 137-146.

Moles A.T., Westby M. Seedling survival and seed size: a synthesis of the literature // Journal of Ecology. 2004. Vol. 92. Issue 3. P. 372-383.

Onipchenko V.G. (ed.) Alpine ecosystems in the Northwest Caucasus. Dordrecht, 2004. 407 p.

Pokarzhevskaya G.A. Morphological analysis of alpine communities of the North-Western Caucasus // Folia Geobotanica et Phytotaxonomica. 1995. Vol. 30. № 2. P. 197-210.

Robinson R.W. Seed germination problems in the Umbelliferae // The Botanical review. 1954. Vol.20. №9. P. 531-550.

Salisbury E.J. The reproductive capacity of plants: studies in quantitative biology. London, 1942. 244 p.

Salisbury E. Seed Size and Mass in Relation to Environment // Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 1974. Vol. 186. №1083. P. 83-88.

Schwienbacher E., Marcante S., Erschbamer B. Alpine species seed longevity in the soil in relation to seed size and shape – A 5-year burial experiment in the Central Alps // Flora. 2010. Vol. 205. P.19-25.

Schwienbacher E., Navarro-Cano J.A., Neuner G., Erschbamer B. Seed dormancy in alpine species // Flora. 2011. Vol. 206. P. 845-856.

Silvertown J.W. Seed Size, Life Span, and Germination Date as Coadapted Features of Plant Life History // The American Naturalist. 1981. Vol. 118. №6. P. 860-864.

Stevens O.A. The number and weight of seeds produced by weeds // American Journal of Botany. 1932. Vol. 19. №9. P. 784-794.


Refbacks

  • There are currently no refbacks.