Введение
Порядок цветущих растений Eudicot в кладе Superrosid Saxifragales (в обиходе/множественное число: саксифраговые) – это порядок цветковых растений, включающий 15 ботанических семейств и около 100 родов, насчитывающий почти 2500 видов. Из этих 15 семейств многие небольшие, причём восемь из них монотипичны (содержат только один род). Крупнейшее семейство – Crassulaceae (очитки), разнообразная группа преимущественно сочных растений, включающая около 35 родов. Саксифраговые встречаются по всему миру, в основном в умеренных и субтропических зонах, редко произрастая в диком виде в тропиках; однако многие виды сейчас культивируются во всем мире благодаря улучшению знаний в области растениеводства. Они встречаются в самых разных средах обитания, от пустынь до полностью водных, с видами, адаптированными к альпийским, лесным или полностью водным условиям. Многие из них являются эпифитами или литофитами, растут на открытых скалах, на деревьях или камнях и не нуждаются в богатой органикой или питательными веществами почве для процветания. Во всем мире саксифраговые широко используются человеком в различных целях, от текстиля и древесины до пищевых продуктов. Несколько семейств, таких как вышеупомянутые Crassulaceae, и роды имеют значительную коммерческую ценность в некоторых странах и экономиках, выращиваясь в больших масштабах для продажи в качестве декоративных растений. Помимо декоративных растений, еще одной ценной группой являются Grossulariaceae (смородина и крыжовник), особенно черная, красная и белая смородина. В целом, порядок чрезвычайно разнообразен и включает в себя многочисленные деревья, кустарники, многолетние травы и сочные растения, а также водные и полуводные виды. Высокая степень разнообразия порядка с точки зрения вегетативных и репродуктивных признаков (и огромного количества видов) может затруднить выявление каких-либо общих или объединяющих характеристик среди различных родов. В системе классификации группы филогенеза цветковых растений (Angiosperm Phylogeny Group) порядок Saxifragales помещен в основное подразделение цветковых растений, называемое эудикотами, в частности, в группу основных эудикотов. Эта подгруппа состоит из Dilleniaceae, суперастеридов и суперрозидов. Суперрозиды, в свою очередь, включают два компонента: розиды и саксифраговые. Классификация Saxifragales претерпела значительные изменения с момента первоначальной классификации, которая основывалась исключительно на морфологических признаках растений. Современная классификация основана на генетических исследованиях с использованием молекулярной филогенетики. Существует обширная палеонтологическая летопись, относящаяся к туронско-кампанскому этапу позднего мелового периода, датируемая примерно 90 миллионами лет назад (млн лет). Однако молекулярные исследования могут указывать на более древнее происхождение, начиная с раннего мелового периода (102–108 млн лет), с быстрой и ранней диверсификацией в более современные формы.
Saxifragales (colloquial/plural: the saxifrages) is an order of angiosperms, or flowering plants, containing 15 botanical families and around 100 genera, with nearly 2,500 species. Of the 15 families, many are small, with eight of them being monotypic (having only a single genus). The largest family is the Crassulaceae (stonecrops), a diverse group of mostly succulent plants, with about 35 genera. Saxifragales are found worldwide, primarily in temperate to subtropical zones, rarely being encountered growing wild in the tropics; however, many species are now cultivated throughout the world as knowledge of plant husbandry has improved. They can be found in a wide variety of environments, from deserts to fully aquatic habitats, with species adapted to alpine, forested or fully aquatic habitats. Many are epiphytic or lithophytic, growing on exposed cliff faces, on trees or on rocks, and not requiring a highly organic or nutrient dense substrate to thrive. Globally, the saxifrages have a wide variety of uses by humans, ranging from textiles and timber to foodstuffs. Several families—such as the aforementioned Crassulaceae—and genera are of significant commercial importance in some countries and economies, being cultivated on a large scale for sale as ornamental plants. Apart from ornamentals, another highly prized group are the Grossulariaceae (currants and gooseberries), particularly blackcurrants, redcurrants and white currants. Overall, the order is extremely diverse, encompassing numerous trees, shrubs, perennial herbs and succulent plants, as well as aquatic and semi aquatic species. The order's high degree of diversity, in terms of vegetative and reproductive traits (and sheer amount of species), can make it challenging to find any common or unifying features amongst the respective genera. In the Angiosperm Phylogeny Group classification system, the Saxifragales are placed within the major division of flowering plants referred to as eudicots, specifically the core eudicots. This subgroup consists of the Dilleniaceae, superasterids and superrosids. The superrosids, in turn, have two components, rosids and Saxifragales. The Saxifragales order has undergone considerable revision since its original classification, which had been based purely on plant characteristics. The modern classification is based on genetic studies, using molecular phylogenetics. There is an extensive fossil record from the Turonian Campanian phase of the late Cretaceous, dating to about 90 million years ago (Myr). However, molecular studies may suggest an older origin, from the early Cretaceous (102–108 Myr), with rapid and early diversification to more modern forms.
Описание
Порядок Saxifragales чрезвычайно разнообразен морфологически (гиперразнообразен). Он включает деревья (например, гамамелис и вещерский ольхолист в семействе Hamamelidaceae), плодоносящие кустарники (например, смородину и крыжовник в семействе Grossulariaceae), лианы, однолетние и многолетние травы, растения для рокариев (например, камнеломку в семействе Saxifragaceae), декоративные садовые растения (например, пионы в семействе Paeoniaceae), суккуленты (например, очиток в семействе Crassulaceae) и водные растения (например, рдест в семействе Haloragaceae). Цветки демонстрируют значительные вариации в количестве чашелистиков, лепестков, тычинок и плодолистиков, а также в положении завязи (см. Биогеография и эволюция). Эта степень разнообразия делает определение синапоморфии (производных общих характеристик) для этой группы чрезвычайно сложным, порядок определяется на основе молекулярного родства, а не морфологии. Однако некоторые широко распространенные черты (общие признаки) представляют собой потенциальные или предполагаемые синапоморфии, основанные на состояниях предков. К ним относятся цветки, обычно радиально-симметричные, и свободные лепестки. Гинецей (женская репродуктивная часть) обычно состоит из двух плодолистиков (завязь, столбик и рыльце), которые свободны, по крайней мере, к вершине (частично сросшийся двукарпельный гинецей) и имеет гипантий (чашевидную цветочную трубку у основания). В андроцее (мужская репродуктивная часть) пыльники тычинок обычно прикреплены основанием к нити (базификсные), иногда – к середине (дорсификсные) (см. рисунок 2). Другие часто встречающиеся признаки – плоды, обычно фолликулы (образованные из одного плодолистика), семена с обильным эндоспермом, окружающим зародыш, и листья с железистыми зубчиками по краю (железисто-зубчатые, см. изображение). Внутри Saxifragales, хотя семейства древесного клада преимущественно древовидные, семейства Crassulaceae и Saxifragaceae, преимущественно травянистые, проявляют древесные признаки как вторичный переход.
Таксономия
Saxifragales — относительно небольшой порядок цветковых растений, включающий всего 15 семейств, около 100 родов и приблизительно 2470 видов.
История
Саксифрагельс был впервые описан в 1820 году Берхтольдом и Преслом как группа растений, Saxifrageae, включающая пять родов, среди которых Saxifraga, чьи имена были использованы в качестве ботанического авторитета (Bercht. & J. Presl). В некоторых случаях авторство также приписывалось Дюмортье из-за его более поздней публикации (1829). Именно Дюмортье впервые использовал название Saxifragaceae. К моменту публикации "Царства растений" Джона Линдли (1853) термин "саксифрагельс" уже использовался, и Линдли определил его как "Альянс", состоящий из пяти семейств. Впоследствии саксифрагельсы были отнесены к классу двудольных цветковых растений, также известному как Magnoliopsida.
Филогения
Орден Saxifragales претерпел значительные изменения в систематике и составе с момента применения молекулярной филогенетики и современной классификации группы филогенетики цветковых растений (APG). Он определяется как строго монофилетическая группа. В первоначальной публикации APG (1998) Saxifragales были отнесены к основному кладу эудикотов, однако их взаимосвязь с другими кладами оставалась неясной. Основные эудикоты состоят из ордена Gunnerales и крупного клада Pentapetalae (названного так из-за наличия синапоморфии в виде пятичленных околоцветников), последний включает около 70% всех цветковых растений и содержит восемь основных линий. Позднее (2003) этот порядок был описан как "один из главных сюрпризов молекулярно-филогенетических исследований цветковых растений", поскольку он объединил элементы, ранее относимые к трем или четырем отдельным подклассам на основании морфологических признаков. Окончательное решение было принято в третьей системе APG (2009), где Saxifragales были помещены в качестве сестринской группы к розидам (Rosidae) в пределах клада Pentapetalae. Эта обширная группа впоследствии получила название суперрозиды (Superrosidae), представляющая собой часть ранней диверсификации цветковых растений. Среди розидов они имеют ряд общих черт с розалесными, особенно с розовыми (Rosaceae), включая гипантий, пятичленные цветки и свободные части цветка. В текущем объеме, Saxifragales составляют 1,3% от разнообразия эудикотов.
Биогеография и эволюция
Диверсификация среди Saxifragales происходила быстро, и обширные ископаемые данные указывают на то, что порядок был более разнообразным и более широко распространен, чем можно судить по изучению современных представителей, с существенным фенотипическим разнообразием, возникшим на ранних этапах. Самые ранние ископаемые свидетельства обнаружены в туронском-кампанском ярусах (позднего мелового периода), что указывает на минимальный возраст 89,5 млн лет. Однако, оценка времени молекулярной дивергенции предполагает более ранний период – 102–108 млн лет, относящийся к раннему меловому периоду, для кроны и стеблевых групп соответственно. Внутри ордена Saxifragales молекулярные данные указывают на очень быстрое начальное время диверсификации, около 6–8 млн лет, между 112 и 120 млн лет, при этом основные линии сформировались в течение 3–6 млн лет. Предполагается, что предковое состояние было древесным, как у Peridiscaceae и древесного клада, но также является общим для Grossulariaceae. Ряд независимых переходов к травянистой форме произошел у предков Crassulaceae, Saxifragaceae и у основания клады Haloragaceae-Penthoraceae (остальные два семейства в Haloragaceae s. l. остались древесными), в то время как у других таксонов наблюдался возврат к древесной форме, особенно у Crassulaceae. У большинства Saxifragales завязь верхняя, но у некоторых семейств наблюдаются частые переходы к нижнему или полунижнему положению, особенно у Saxifragaceae и в меньшей степени у Hamamelidaceae. Почти у всех Grossulariaceae завязь нижняя. Предковое число плодолистиков – два, с переходом к большему числу, например, четыре у Haloragaceae s. l. и Peridiscaceae, и пять у Penthoraceae. Число плодолистиков у Crassulaceae составляет пять, уменьшаясь до четырех у Kalanchoe, где это является синапоморфией рода, хотя наиболее частый переход в этом семействе – 6–10, но только при увеличении числа тычинок выше пяти. Некоторые макаронезийские таксоны (Aeonieae) имеют 8–12 плодолистиков, а у Aeonium – до 32. Предковое число лепестков – пять, с тремя основными переходами: 5 к 0, 5 к 4, 5 к 6–10. Увеличение числа лепестков наблюдается у Paeoniaceae и Crassulaceae, особенно при увеличении числа тычинок. Cercidiphyllum + Daphniphyllum, Chrysosplenium и Altingia являются примерами полной потери лепестков. Предковое соотношение тычинок к лепесткам – 1:1, с переходами, характеризующими несколько клад, например, Paeoniaceae + древесный клад >2, Crassulaceae 2 (но Crassula 1). В целом, в ходе эволюции наблюдалось уменьшение этого соотношения, но независимо от уменьшения числа лепестков, то есть уменьшилось именно число тычинок. Предполагается, что предковая среда обитания – леса, за которыми последовала ранняя диверсификация в пустынные и водные среды, а кустарниковые заросли были освоены позднее всего. Диверсификация видов происходила быстро после перехода от более теплой и влажной Земли в эоцене (56–40 млн лет) к раннему миоцену (23–16 млн лет) и к более холодным и сухим условиям середины миоцена (16–12 млн лет). Однако, это, по-видимому, не совпало с экологической и фенотипической эволюцией, которые сами взаимосвязаны. Наблюдается явный лаг, когда увеличение диверсификации видов было позже сопровождаемо увеличением нишевой и фенотипической изменчивости.
Распространение и среда обитания
Саксифрагелы встречаются по всему миру, хотя преимущественно в умеренных зонах и редко в тропиках. Они населяют широкий спектр местообитаний – от засушливых пустынь (Crassulaceae) до водных сред (Haloragaceae), включая 6 семейств, в том числе североамериканские виды, являющиеся облигатными гидрофитами (полностью зависимыми от водной среды), а также леса, луга и тундру. Саксифрагелы превосходят все другие сопоставимые по размеру клады по разнообразию занимаемых местообитаний. Большая часть этого разнообразия сосредоточена в умеренных (включая горные и засушливые) условиях, которые распространились по всему миру в периоды похолодания и высыхания в течение последних 15 миллионов лет. Наиболее распространёнными местообитаниями являются леса и скалы, где обитает около 300 видов, однако леса демонстрируют наибольшее фенотипическое разнообразие, представляя почти все семейства. В отличие от них, пустыни и тундры, содержащие всего по два семейства, вмещают лишь около 10% видов. Примерно 90% видов можно отнести к одному конкретному местообитанию.
Сохранение
Считается, что виттония (Peridiscaceae) вымерла. По состоянию на 2019 год МСОП (IUCN) внес в список 9 видов, находящихся в критическом состоянии, 12 видов, находящихся под угрозой исчезновения, 19 уязвимых видов и 7 видов, близких к уязвимому положению. Среди наиболее уязвимых саксифрагальных – Aichryson dumosum и Monanthes wildpretii (Crassulaceae), Haloragis stokesii и Myriophyllum axilliflorum (Haloragaceae), Ribes malvifolium и R. sardoum (Grossulariaceae), Saxifraga artvinensis (Saxifragaceae) и Molinadendron hondurense (Hamamelidaceae).
Культивирование
Ряд родов Saxifragales выращивается в коммерческих целях. Пионы культивируются как в качестве декоративных кустарников (обычно продаются в виде корневой массы), так и на срезку, при этом Нидерланды являются крупнейшим производителем, а другие, менее значительные производители – Израиль, Новая Зеландия, Чили и Соединенные Штаты. Жидкий амбровый клен используется для получения твердой древесины, при этом американский сладкий клен (Liquidambar styraciflua) является одним из важнейших источников коммерческой твердой древесины на юго-востоке США, и один из способов его применения – шпон для фанеры. Виргинский гамамелис выращивается в Новой Англии для производства дистиллятов, из которых извлекают гамамелис, широко используемый в средствах по уходу за кожей, и является крупнейшим в мире источником этого лекарственного средства. Среди Crassulaceae экономическое значение ограничено садоводством, многие виды и сорта важны как декоративные растения, включая Crassula ovata (толстянка) и Jovibarba (куриное и куриное растение). Hylotelphium, Phedimus, Sedum и Sempervivum выращиваются для альпинариев и "зеленых крыш". В частности, сорта мадагаскарской каланхоэ Блоссфельда, например, 'Florists kalanchoe', добились коммерческого успеха во всем мире, будучи популярными рождественскими декоративными растениями. Водное растение из рода Myriophyllum и близкородственный род Proserpinaca выращиваются для коммерческой торговли аквариумными растениями. Мириофиллум также имеет экономическое значение для очистки воды и в качестве корма для свиней, уток и рыб, а также для полировки древесины. Ряд видов Ribes (Grossulariaceae) выращивается в коммерческих целях, в основном в Европе и бывшем СССР, из видов, произрастающих в этих регионах. Р. nigrum (черная смородина) впервые была выращена в монастырских садах России в XI веке, а выращивание смородины в целом позже распространилось в Западной Европе, производство Р. uva crispa (крыжовник) началось около 1700 года. Первые колонисты в Северной Америке начали выращивать смородину в конце 1700-х годов. R. nigrum является наиболее важной коммерческой культурой смородины, выращиваемой более чем в 23 странах, основными центрами которой являются Россия (более 63 тысяч гектаров), Польша, Германия, Скандинавия и Великобритания. Черная смородина является важным источником витамина С и используется для производства варенья, фруктового желе, компота, сиропа, сока и других напитков, включая Ribena и ликер Cassis. Другие коммерческие культуры включают R. rubrum (красная смородина). Мировое производство Ribes в 2002 году превысило 750 000 тонн, из которых около 150 000 тонн приходилось на крыжовник, а наибольшую долю составляла черная смородина.
Применение
Растения порядка Saxifragales нашли широкое разнообразие применений, включая традиционную медицину, декоративные, домашние, аквариумные, прудовые и садовые растения, специи, продукты питания (фрукты и зелень), красители, для курения, смолу, древесину и кровельные материалы.