Сезонная динамика содержания компонентов антиокислительной системы хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в зоне локального теплового воздействия
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-2-38-57Ключевые слова:
Pinus sylvestris, каротиноиды, флавонолы, катехины, аскорбиновая кислота, пероксидазная активность, потепление климата, антиокислительная системаАннотация
Исследовали сезонные изменения в период низких температур и характер корреляционных связей для содержания общей воды в хвое, пероксидазной активности и содержания отдельных компонентов антиокислительной системы хвои: каротиноидов, аскорбиновой кислоты, катехинов и флавонолов – у деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), произрастающих в градиенте условий среды, формируемых в зоне влияния теплового поля газового факела (на разном удалении от него) на территории Ханты-Мансийского автономного округа – Югры (Россия). Проверены 3 гипотезы: 1) тепловое поле газового факела в условиях низких температур влияет на водный обмен и состояние антиокислительной системы хвои; 2) повышение температуры среды в зоне влияния факела в осенне-зимний период приводит к уменьшению количества влаги в хвое, которое вызывает состояние окислительного стресса в клетках; 3) в работе антиокислительной системы хвои между ее отдельными компонентами существуют взаимосвязи, характеристики которых трансформируются в зависимости от условий среды, определяемых удалением от газового факела. В градиенте действия теплового поля факела не наблюдается дополнительного по сравнению с фоном снижения содержания общей воды в хвое и признаков изменения состояния антиокислительной системы, характерных для окислительного стресса. Влияние газового факела на показатели
физиологического состояния хвои максимально на ближней к факелу секции. Оно проявляется в виде увеличения пероксидазной активности, количества общей воды, каротиноидов и в снижении содержания флавоноидов и аскорбиновой кислоты. Сезонная динамика изученных показателей не коррелирует с температурой среды, что говорит о ее непрямом действии на регуляцию активности антиокислительной системы хвои. Факторный и корреляционный анализ данных свидетельствуют об отличии физиологического состояния хвои на разном удалении от факела. В функционировании компонентов антиокислительной системы хвои не наблюдается доминирования отдельных процессов. Взаимосвязи между изученными показателями изменяются с удалением от факела. Наиболее устойчивой является отрицательная связь пероксидазной активности с остальными показателями, усиливающаяся с увеличением расстояния до факела. Степень согласованности работы отдельных компонентов антиокислительной системы максимальна в условиях фона и уменьшается с приближением к факелу. Это объясняется модифицирующим влиянием факела на физиолого-биохимические процессы адаптации хвои к конкретным климатическим условиям среды.
Для цитирования: Шавнин С.А., Юсупов И.А., Монтиле А.А., Голиков Д.Ю., Марина Н.В. Сезонная динамика содержания компонентов антиокислительной системы хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в зоне локального теплового воздействия // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 2. С. 38–57. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-2-38-57
Скачивания
Библиографические ссылки
Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2018 год. М.: Росгидромет, 2019. 79 с. A Report on Climate Features on the Territory of the Russian Federation in 2018. Moscow, ROSHYDROMET Publ., 2019. 79 p. (In Russ.).
Землянухина О.А., Калаев В.Н., Воронина В.С. Сравнительный анализ методов определения активности и изоферментного спектра пероксидаз различного происхождения // Успехи современного естествознания. 2017. № 9. С. 13–22. Zemlyanukhina O.A., Kalayev V.N., Voronina V.S. Comparative Analysis of the Methods Used to Determine the Activity and Isozyme Spectrum of the Different Origin Peroxidases. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya = Advances in Current Natural Sciences, 2017, no. 9, pp. 13–22. (In Russ.). https://doi.org/10.17513/use.36534
Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений. М.: Высш. шк., 2005. 736 с. Kuznetsov V.V., Dmitriyeva G.A. Plant Physiology. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2005, 736 p. (In Russ.).
Лобанова А.А., Будаева В.В., Сакович Г.В. Исследование биологически активных флавоноидов в экстрактах из растительного сырья // Химия растит. сырья. 2004. № 1. С. 47–52. Lobanova A.A., Budaeva V.V., Sakovich G.V. Investigation of Biologically Active Flavonoids in Extracts from Plant Raw Materials. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya = Chemistry of Plant Raw Materials, 2004, no. 1. pp. 47–52. (In Russ.).
Меньщикова Е.Б., Зенков Н.К. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных процессов // Успехи современной биологии. 1993. Т. 113, вып. 4. С. 442–455. Menshchikova E.B., Zenkov N.K. Antioxidants and Inhibitors of Radical Oxidative Processes. Uspekhi Sovremennoy Biologii = Biology Bulletin Reviews, 1993, vol. 113, no. 4, pp. 442–455. (In Russ.).
Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Аскорбиновая кислота – медленно окисляемый субстрат пероксидазы хрена // Биохимия. 1997. Т. 62, вып. 12. С. 1678–1682. Rogozhin V.V., Verkhoturov V.V. Ascorbic Acid Is a Slowly Oxidized Substrate of Horseradish Peroxidase. Biokhimiya = Biochemistry, 1997, vol. 62, no. 12, pp. 1678–1682. (In Russ.).
Титов А.Ф., Акимова Т.В., Таланова В.В., Топчиева Л.В. Устойчивость растений в начальный период действия неблагоприятных температур. М.: Наука, 2006. 143 с. Titov A.F., Akimova T.V., Talanova V.V., Topchiyeva L.V. Plant Resistance in the Initial Period of Exposure to Unfavorable Temperatures. Moscow, Nauka Publ., 2006, 143 p. (In Russ.).
Федураев П.В., Скрыпник Л.Н., Масленников П.В., Чупахина Г.Н., Таценко Н.А. Особенности накопления фенольных соединений в растениях некоторых видов рода Rumex L. // Химия растит. сырья. 2017. № 3. С. 123–130. Fedurayev P.V., Skrypnik L.N., Maslennikov P.V., Chupakhina G.N., Tatsenko N.A. Specialty of Accumulation of Phenolic Compounds in Plants of Some Species of the Genus Rumex L. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya = Chemistry of Plant Raw Materials, 2017, no. 3, pp. 123–130. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.201703755
Цандекова О.Л., Неверова О.А., Колмогорова Е.Ю. Роль антиоксидантной системы в устойчивости сосновых насаждений в условиях породного угольного отвала // Изв. Сам. НЦ РАН. 2013. Т. 15, № 3. С. 245–248. Tsandekova O.L., Neverova O.A., Kolmogorova E.Yu. The Role of Antioxidant System in Stability of Pine Plantations in the Conditions of Rock Coal Dump. Izvestia of RAS SamSC, 2013, vol. 15, no. 3, pp. 245-248. (In Russ.).
Шавнин С.А., Юсупов И.А., Артемьева Е.П., Голиков Д.Ю. Влияние повышения температуры среды на формирование наземной растительности вблизи газового факела // Изв. вузов. Лесн. журн. 2006. № 1. С. 22–28. Shavnin S.A., Yusupov I.A., Artemyeva E.P., Golikov D.Yu. The Influence of Increase of Ambient Temperature on the Formation of Terrestrial Vegetation Near a Gas Flare. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2006, no. 1, pp. 22–28. (In Russ.). http://lesnoizhurnal.ru/apxiv/2006/%E2%84%961-2006.pdf
Apel K., Hirt H. Reactive Oxygen Species: Metabolism, Oxidative Stress, and Signal Transduction. Annual Review of Plant Biology, 2004, vol. 55, no. 1, pp. 373–399. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.55.031903.141701
Gould K.S., Lister C. Flavonoid Functions in Plants. Flavonoids, CRC Press, 2005, pp. 397–441. https://doi.org/10.1201/9781420039443.ch8
Ivanov Y.V., Savochkin Y.V., Kuznetsov V.V. Scots Pine as a Model Plant for Studying the Mechanisms of Conifers Adaptation to Heavy Metal Action: 2. Functioning of Antioxidant Enzymes in Pine Seedlings Under Chronic Zinc Action. Russian Journal of Plant Physiology, 2012, vol. 59, pp. 50–58. https://doi.org/10.1134/S1021443712010098
Kaminska-Rozek E., Pukacki P.M. Effect of Water Deficit on Oxidative Stress and Degradation of Cell Membranes in Needles of Norway Spruce (Picea abies). Acta Physiologiae Plantarum, 2004, vol. 26, no. 4, pp. 431–442. https://doi.org/10.1007/s11738-004-0034-7
Kishchenko I.T. Dynamics of the Isoenzyme Composition of Peroxidase and Pigments in the Needles of the Introduced Species of Picea (L.) Karst. in the Taiga Zone (Karelia). Arctic Environmental Research, 2019, vol. 19, no. 4, pp. 129–138. https://doi.org/10.3897/issn2541-8416.2019.19.4.129
Klamerus-Iwan A., Blonska E. Canopy Storage Capacity and Wettability of Leaves and Needles: The Effect of Water Temperature Changes. Journal of Hydrology, 2018, vol. 559, pp. 534–540. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.02.032
Mulrherjee S.P., Choudhuri M.A. Implication of Hydrogen Peroxide – Ascorbate System on Membrane Permeability of Water Stressed Vigna Seedlings. The New Phytologist, 1985, vol. 99, no. 3, pp. 355–360. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1985.tb03663.x
Pradedova E.V., Isheeva O.D., Salyaev R.K. Classification of the Antioxidant Defense System as the Ground for Reasonable Organization of Experimental Studies of the Oxidative Stress in Plants. Russian Journal of Plant Physiology, 2011, vol. 58. pp. 210–217. https://doi.org/10.1134/S1021443711020166
Pukacka S., Pukacki P.M. Seasonal Changes in Antioxidant Level of Scots Pine (Pinus sylvestris L.) Needles Exposed to Industrial Pollution. I. Ascorbate and Thiol Content. Acta Physiologiae Plantarum, 2000, vol. 22, no. 4, pp. 451–456. https://doi.org/10.1007/s11738-000-0088-0
Pukacka S., Pukacki P.M. Seasonal Changes in Antioxidant Level of Scots Pine (Pinus sylvestris L.) Needles Exposed to Industrial Pollution. II. Enzymatic Scavengers Activities. Acta Physiologiae Plantarum, 2000, vol. 22, no. 4, pp. 457–464. https://doi.org/10.1007/s11738-000-0089-z
Roitto M.U., Ahonen-Jonnarth U., Lamppu J., Huttunen S. Apoplastic and Total Peroxidase Activities in Scots Pine Needles at Subarctic Polluted Sites. Forest Pathology, 1999, vol. 29, no. 6, pp. 399–410. https://doi.org/10.1046/j.1439-0329.1999.00175.x
Romanova I.M., Zhivetyev М.А., Penzina Т.А., Graskova I.А. Dynamics of Pinus sylvestris L. Needles Activity in Predbaikal’ye Forests. Journal of Stress Physiology and Biochemistry, 2013, vol. 9, no. 4, pp. 139–144.
Sancho-Knapik D., Sanz M.Á., Peguero-Pina J.J., Niinemets Ü., Gil-Pelegrín E. Changes of Secondary Metabolites in Pinus sylvestris L. Needles Under Increasing Soil Water Deficit. Annals of Forest Science, 2017, vol. 74, no. 1. https://doi.org/10.1007/s13595-017-0620-7
Shavnin S.A., Yusupov I.A., Marina N.V., Montile A.A., Golikov D.Yu. Seasonal Changes in Chlorophyll and Carotenoid Content in Needles of Scots Pines (Pinus sylvestris L.) Exposed to the Thermal Field of a Gas Flare. Russian Journal of Plant Physiology: A Comprehensive Russian Journal on Modern Phytophysiology, 2021, vol. 68, no. 3, pp. 526–535. https://doi.org/10.1134/S1021443721020187
Solovchenko A.E., Merzlyak M.N. Screening of Visible and UV Radiation as a Photoprotective Mechanism in Plants. Russian Journal of Plant Physiology, 2008, vol. 55. pp. 719–737. https://doi.org/10.1134/S1021443708060010
Sutinen M., Repo T., Sutinen S., Lasarov H., Alvila L., Pakkanen T. Physiological Changes in Pinus sylvestris Needles During Early Spring Under Sub-Arctic Conditions. Forest Ecology and Management, 2000, vol. 135, no. 1–3, pp. 217–228. https://doi.org/10.1016/S0378-1127(00)00312-1
Tarkhanov S.N., Pinaevskaya E.A., Aganina Y.E. Adaptive Responses of Morphological Forms of the Pine (Pinus sylvestris L.) Under Stressful Conditions of the Northern Taiga (in the Northern Dvina Basin). Contemporary Problems of Ecology, 2018, vol. 11, pp. 377–387. https://doi.org/10.1134/S1995425518040091
Turunen M., Latola K. UV-B Radiation and Acclimation in Timberline Plants. Environmental Pollution (Barking, Essex: 1987), 2005, vol. 137, no. 3, pp. 390–403. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2005.01.030
Willekens H., Inze D., Van Montagu M., Van Camp W. Catalases in Plants. Molecular Breeding: New Strategies in Plant Improvement, 1995, vol. 1, no. 3, pp. 207–228. https://doi.org/10.1007/BF02277422
Yatsko Y.N., Dymova O.V., Golovko T.K. Violaxanthin Cycle Pigment Deep Oxidation and Thermal Dissipation of Light Energy in Three Boreal Species of Evergreen Conifer Plants. Russian Journal of Plant Physiology, 2011, vol. 58, pp. 169–173. https://doi.org/10.1134/S1021443711010249
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2023 С.А. Шавнин, И.А. Юсупов, А.А. Монтиле, Д.Ю. Голиков, Н.В. Марина (Автор)
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
