Изменчивость биохимических признаков Pinus sylvestris (Pinaceae) при адаптации форм в условиях избыточного увлажнения
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-4-58-75Ключевые слова:
Pinus sylvestris, краснопыльниковая форма, желтопыльниковая форма, хвоя текущего года, фотосинтетические пигменты, антоцианы, pH, аскорбиновая кислота, пролин, водорастворимые белки, длительное избыточное увлажнение почвАннотация
Хвойные характеризуются определенной индивидуальной изменчивостью содержания стрессовых метаболитов, которая может являться результатом генотипических различий или расхождений в условиях произрастания отдельных деревьев. Цель исследования – оценка изменчивости биохимических признаков у форм сосны обыкновенной, различающихся цветом мужских стробилов, при адаптации этих форм в условиях постоянного избыточного увлажнения почв северной тайги. Изучение динамики метаболических показателей у форм сосны обыкновенной проведено в кустарничково-сфагновых сосняках на болотных верховых почвах в районе устья р. Северной Двины (северная подзона тайги). У 10 деревьев сосны каждой из выделенных по цвету мужских стробилов форм отобраны образцы хвои на побегах, формирующихся в текущем году – в июле–ноябре 2018 г. В лабораторных условиях определено содержание фотосинтетических пигментов, антоцианов, аскорбиновой кислоты, пролина, водорастворимых белков, а также уровень pH. Установлено, что в засушливый летний период синтез хлорофиллов в хвое текущего года формирования снижается у деревьев обеих форм. Благоприятный температурный режим осенью способствует увеличению длительности накопления фотосинтетических пигментов, что в целом может отрицательно сказаться на подготовке деревьев к перезимовке. Значительных различий краснопыльниковой и желтопыльниковой форм по содержанию хлорофиллов и каротиноидов, антоцианов, аскорбиновой кислоты, свободного пролина, водорастворимых белков и pH формирующейся молодой хвои не обнаружено. Выявлено сходство в адаптации этих форм к постоянному избыточному увлажнению почв в условиях северной тайги. Обнаружено существенное влияние сезонного фактора на динамику биохимических показателей у деревьев исследуемых форм. Высокая температура воздуха в летний период приводит к более активному накоплению аскорбиновой кислоты, пролина и антоцианов в хвое, а следовательно, к повышению ее антиоксидантной активности и развитию защитных механизмов, направленных на предотвращение окислительного стресса в этих условиях. Повышение содержания водорастворимых белков в хвое в октябре–ноябре способствует усилению криозащитных функций при подготовке деревьев к перезимовке. Уровни индивидуальной изменчивости содержания аскорбиновой кислоты и пролина в хвое сосны с желтым цветом микростробилов при установлении отрицательных температур в ноябре существенно выше, чем у сосны с красными микростробилами. Это связано с нормой реакции деревьев разных форм на влияние отрицательных температур.
Для цитирования: Тарханов С.Н., Пинаевская Е.А., Аганина Ю.Е., Пахов А.С. Изменчивость биохимических признаков Pinus sylvestris (Pinaceae) при адаптации форм в условиях избыточного увлажнения // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 4. С. 58–75. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-4-58-75
Скачивания
Библиографические ссылки
Абдуллина Д.С., Петров И.В. Дифференциация популяций сосны обыкновенной по фенотипическим признакам на северо-восточном пределе ареала // Аграрн. вестн. Урала. 2012. № 9(101). C. 34–36. Abdullina D.S., Petrov I.V. Differentiation of Populations of Scotch Pine for Phenotypical Traits in North-East Areal Boundary. Agrarnyj Vestnik Urala = Agrarian Bulletin of the Urals, 2012, no. 9(101), pp. 34–36. (In Russ.).
Аверина Н.Г., Щербаков Р.А., Емельянова А.В., Доманская И.Н., Усатов А.В. Индукция накопления антоцианов и состояние защитной системы в растениях озимого рапса, обработанных 5-аминолевулиновой кислотой // Физиология растений. 2017. T. 64, № 3. C. 173–182. Averina N.G., Shcherbakov R.A., Emelyanova A.V., Domanskaya I.N., Usatov A.V. Induction of Anthocyanin Accumulation and Status of Protective System in Winter Rape Pants Treated with 5-minolevulinic Acid. Fiziologiya rastenij = Russian Journal of Plant Physiology, 2017, vol. 64, no. 3, pp. 173–182. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0015330317030022
Алаудинова Е.В., Миронов П.В. Особенности низкотемпературной адаптации хвойных Сибири: изменение содержания водорастворимых и нерастворимых компонентов клеток // Хвойные бореальной зоны. 2015. T. 33, № 1-2. С. 90–94. Alaudinova E.V., Mironov P.V. Features of Low Temperature Adaptations Coniferous of Siberia: Content Change of Water Soluble and Insoluble Components of Cells. Khvojnye borealnoj zony = Сonifers of the Boreal Zone, 2015, vol. 33, no. 1-2, pp. 90–94. (In Russ.).
Анучин Н.П. Лесная таксация. М.: Лесн. пром-сть, 1982. 552 с. Anuchin N.P. Forest Taxation. Moscow, Lesnaya promyshlennostʼ Publ., 1982. 552 p. (In Russ.).
Большой практикум «Биохимия». Лабораторные работы / сост. М.Г. Кусакина, В.И. Суворов, А.А. Чудинова. Пермь: ПГНИУ, 2012. 148 с. Large Workshop “Biochemistry”. Laboratory Classes. Ed. by M.G. Kusakima, V.I. Suvorov, A.A.Chudinova. Perm, PSU Publ., 2012. 148 p. (In Russ.).
Васфилов С.П. Использование рН гомогената хвои для оценки воздействия диоксида серы на сосну // Экология. 1995. № 5. С. 347–350. Vasfilov S.P. Using the pH of Needles Homogenate to Assess the Effect of Sulfur Dioxide on Pine. Ekologiya = Russian Journal of Ecology, 1995, no. 5, pp. 347–350. (In Russ.).
Видякин А.И. Фены лесных древесных растений: выделение, масштабирование и использование в популяционных исследованиях (на примере Pinus sylvestris L.) // Экология. 2001. № 3. C. 197–202. Vidyakin A.I. Phenes of Woody Plants: Identification, Scaling and Use in Population Studies (An Example of Pinus sylvestris L.). Ekologiya = Russian Journal of Ecology, 2001, no. 3, pp. 197–202. (In Russ.). https://doi.org/10.1023/A:1011310111062
Воскресенская О.Л., Алябышева Е.А., Половникова М.Г. Большой практикум по биоэкологии. Ч. 1. Йошкар-Ола: МарГУ, 2006. 107 с. Voskresenskaya O.L., Alyabysheva E.A., Polovnikova M.G. Large Workshop on Bioecology. Part 1. Yoshkar-Ola, MarSU Publ., 2006. 107 p. (In Russ.).
Дымова О.В., Головко Т.К. Фотосинтетические пигменты в растениях природной флоры таежной зоны европейского северо-востока России // Физиология растений. 2019. T. 66, № 3. С. 198–206. Dymova O.V., Golovko T.K. Photosynthetic Pigments in Native Plants of the Taiga Zone at the European Northeast Russia. Fiziologiya rastenij = Russian Journal of Plant Physiology, 2019, vol. 66, no. 3, pp. 198–206. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0015330319030035
Загирова С.В. Структура, содержание пигментов и фотосинтез хвои лиственницы сибирской на Северном и Приполярном Урале // Лесоведение. 2014. № 3. C. 3–10. Zagirova S.V. Structure, Pigment Content and Photosynthesis of Siberian Larch Needles in the Northern and Sub-Arctic Urals. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 2014, no. 3, pp. 3–10. (In Russ.).
Изотов В.Ф. Влияние осушения на условия произрастания лесов северной подзоны тайги // Лесн. хоз-во. 1969. № 1. С. 31–37. Izotov V.F. The Influence of Drainage on the Growing Conditions of Forests in the Northern Subzone of the Taiga. Lesnoe khozyaistvo, 1969, no. 1, pp. 31–37. (In Russ.).
Калугина О.В., Михайлова Т.А., Шергина О.В. Биохимическая адаптация сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) к техногенному загрязнению // Сиб. экол. журн. 2018. Т. 25, № 1. С. 98–110. Kalugina O.V., Mikhailova T.A., Shergina O.V. Biochemical Adaptation of Scots Pine (Pinus sylvestris L.) to Technogenic Pollution. Sibirskiy ekologicheskiy zhurnal = Contemporary Problems of Ecology, 2018, vol. 25, no. 1, pp. 98–110. (In Russ.). https://doi.org/10.15372/SEJ20180109
Коновалов В.Н., Зарубина Л.В. Эколого-физиологические особенности хвойных на осушаемых землях. Архангельск: САФУ, 2010. 295 с. Konovalov V.N., Zarubina L.V. Ecological and Physiological Characteristics of Conifers on Drained Lands. Arkhangelsk, NARFU Publ., 2010. 295 p. (In Russ.).
Крамер П.Д., Козловский Т.Т. Физиология древесных растений. М.: Лесн. пром-сть, 1983. 464 с. Kramer P.D., Kozlovskiy T.T. Physiology of Woody Plants. Moscow, Lesnaya promyshlennostʼ Publ., 1983. 464 p. (In Russ.).
Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений (на примере семейства Pinaceae на Урале). М.: Наука, 1972. 284 с. Mamayev S.A. Types of Intraspecific Variability of Woody Plants (A Case Study of the Pinaceae Family in the Urals). Moscow, Nauka Publ., 1972. 284 p. (In Russ.).
Маслова Т.Г., Мамушина H.C., Шерстнева О.А., Буболо Л.С., Зубкова Е.К. Структурно-функциональные изменения фотосинтетического аппарата у зимневегетирующих хвойных растений в различные сезоны года // Физиология растений. 2009. Т. 56, № 5. С. 672–681. Maslova T.G., Mamushina H.C., Sherstneva O.A., Bubolo L.S., Zubkova E.K. Structural and Functional Changes in the Photosynthetic Apparatus in Winter-Growing Conifers in Different Seasons of the Year. Fiziologiya rastenij = Russian Journal of Plant Physiology, 2009, vol. 56, no. 5, pp. 672–681. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S1021443709050045
Муравьева Д.А., Бубенчикова В.Н., Беликов В.В. Спектрофотометрическое определение суммы антоцианов в цветках василька синего // Фармация. 1987. T. 36, № 5. С. 28–29. Muravyeva D.A., Bubenchikova V.N., Belikov V.V. Spectrophotometric Determination of the Number of Anthocyanins in the Flowers of Blue Cornflower. Farmakologiya, 1987, vol. 36, no. 5, pp. 28–29. (In Russ.).
Новицкая Ю.Е. Физиолого-биохимические механизмы адаптации хвойных к экстремальным факторам среды // Адаптация древесных растений к экстремальным условиям среды. Петрозаводск: Кар. фил. АН СССР, 1984. С. 42–52. Novitskaya Yu.E. Physiological and Biochemical Mechanisms of Adaptation of Conifers to Extreme Environmental Factors. Adaptation of Woody Plants to Extreme Environmental Conditions. Petrozavodsk, Karelʼskiy filial AN SSSR Publ., 1984, pp. 42–52. (In Russ.).
Паршевников А.Л. Руководство по полевому исследованию лесных почв. Архангельск: АИЛиЛХ. 1974. 45 с. Parshevnikov A.L. Guide to Field Study of Forest Soils. Arkhangelsk, AILiLKh Publ., 1974. 45 p. (In Russ.).
Петров К.А., Софронова В.Е., Бубякина В.В., Перк А.А., Татаринова Т.Д., Пономарев А.Г., Чепалов В.А., Охлопкова Ж.М., Васильева И.В., Максимов Т.Х. Древесные растения Якутии и низкотемпературный стресс // Физиология растений. 2011. T. 58, № 6. C. 866–874. Petrov K.A., Sofronova V.E., Bubyakina V.V., Perk A.A., Tatarinova T.D., Ponomarev A.G., Chepalov V.A., Okhlopkova Z.M., Vasileva I.V., Maximov T.C. Woody Plants of Yakutia and Low-Temperature Stress. Fiziologiya rastenij = Russian Journal of Plant Physiology, 2011, vol. 58, no. 6, pp. 866–874. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S1021443711060148
Полевая геоботаника / под общ. ред. Е.М. Лавренко и А.А. Корчагина. Т. 3. М.; Л.: Наука, 1964. 531 с. Field Geobotany. Ed. by E.M. Lavrenko, A.A. Korchagina. Vol. 3. Moscow, Leningrad, Nauka Publ., 1964. 531 p. (In Russ.).
Полесская О.Г. Растительная клетка и активные формы кислорода. М.: КДУ, 2007. 140 с. Polesskaya O.G. Plant Cell and Reactive Oxygen Species. Moscow, KDU Publ., 2007. 140 p. (In Russ.).
Попов П.П. Географическая изменчивость формы семенных чешуй ели в Восточной Европе и Западной Сибири // Лесоведение. 1999. № 1. C. 68–73. Popov P.P. Geographic Variation in the Shape of Spruce Seed Scales in Eastern Europe and Western Siberia. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 1999, no. 1, pp. 68–73. (In Russ.).
Правдин Л.Ф. Сосна обыкновенная. Изменчивость, внутривидовая систематика и селекция. М.: Наука, 1964. 192 с. Pravdin L.F. Scots Pine. Variability, Intraspecific Systematics and Breeding. Moscow, Nauka Publ., 1964. 192 p. (In Russ.).
Практикум по физиологии растений / под ред. Н.Н. Третьякова, Т.В. Карнауховой, Л.А. Паничкина и др. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1990. 271 с. Workshop on Plant Physiology. Ed. by N.N. Tretyakova. Moscow, Agropromizdat Publ., 1990. 271 p. (In Russ.).
Путенихин В.П. Популяционная структура и сохранение генофонда хвойных видов на Урале: автореф. дис. … д-ра биол. наук. Красноярск, 2000. 48 с. Putenikhin V.P. Population Structure and Conservation of the Coniferous Species Gene Pool in the Urals: Doc. Biol. Sci. Diss. Abs. Krasnoyarsk, 2000. 48 p. (In Russ.).
Софронова В.Е., Чепалов В.А., Дымова О.В., Головко Т.К. Роль пигментной системы вечнозеленого кустарничка Ephedra monosperma в адаптации к климату Центральной Якутии // Физиология растений. 2014. Т. 61, № 2. С. 266–274. Sofronova V.E., Chepalov V.A., Dymova O.V., Golovko T.K. The Role of Pigment System of an Evergreen Dwarf Shrub Ephedra monosperma in Adaptation to the Climate of Central Yakutia. Fiziologiya rastenij = Russian Journal of Plant Physiology, 2014, vol. 61, no. 2, pp. 266–274. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S001533031401014X
Судачкова Н.Е. Состояние и перспективы изучения влияния стрессов на древесные растения // Лесоведение. 1998. № 2. С. 3–9. Sudachkova N.E. State and Perspectives of Studying the Effect of Stress on Wood Plants. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 1998, no. 2, pp. 3–9. (In Russ.).
Судачкова Н.Е., Милютина И.Л., Романова Л.И. Биохимическая адаптация хвойных к стрессовым условиям Сибири. Новосибирск: Гео, 2012. 178 с. Sudachkova N.E., Milyutina I.L., Romanova L.I. Biochemical Adaptation of Conifers to the Stressful Conditions of Siberia. Novosibirsk, Geo Publ., 2012. 178 p. (In Russ.).
Сукачев В.Н., Зонн С.В. Методические указания к изучению типов леса. М.: АН СССР, 1961. 144 с. Sukachev V.N., Zonn S.V. Guidelines for Studying Forest Types. Moscow, AN SSSR Publ., 1961. 144 p. (In Russ.).
Теребова Е.Н., Галибина Н.А., Сазонова Т.А., Таланова Т.Ю. Индивидуальная изменчивость метаболических показателей ассимиляционного аппарата сосны обыкновенной в условиях промышленного загрязнения // Лесоведение. 2003. № 1. С. 72–77. Terebova E.N., Galibina N.A., Sazonova T.A., Talanova T.Yu. Individual Variability of Metabolic Indices in Assimilative Apparatus of Scots Pine Under Industrial Pollution. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 2003, no. 1, pp. 72–77. (In Russ.).
Яцко Я.Н., Дымова О.В., Головко Т.К. Пигментный комплекс зимне- и вечнозеленых растений в подзоне средней тайги Eвропейского Северо-Востока // Ботанич. журн. 2009. Т. 94, № 12. С. 1812–1820. Yatsko Ya.N., Dymova O.V., Golovko T.K. Pigment Complex of Ever- and Wintergreen Plants in the Middle Taiga Subzone of the European North-East. Botanicheskij zhurnal = Russian Journal of Botany, 2009, vol. 94, no. 12, pp. 1812–1820. (In Russ.).
Almagro L., Gomez Ros L.V., Belchi-Navarro S., Bru R., Ros Barcelo A., Pedreno M.A. Class III Peroxidases in Plant Defense Reactions. Journal of Experimental Botany, 2009, vol. 60, iss. 2, pp. 377–390. https://doi.org/10.1093/jxb/ern277
Aquil S., Ahmad S.H., Reshi Z.A., Iqbal M. Physiological and Biochemical Response of Albizia lebbeck Benth to Coal Smoke Pollution. Pollution Research, 2003, vol. 22, iss. 44, pp. 489–493.
Bates L.S., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid Determination of Free Proline for Water-Stress Studies. Plant and Soil, 1973, vol. 39, iss. 1, pp. 205–207. https://doi.org/10.1007/bf00018060
Björkman O. Responses to Different Quantum Flux Densities. Physiological Plant Ecology I. Responses to the Physical Environment. Ed. by O.L. Lange, P.S. Nobel, С.В. Osmond, H. Ziegler. Berlin, Springer-Verlag Publ., 1981. pp. 57–107. https://doi.org/10.1007/978-3-642-68090-8_4
Black A.R., Subjeck J.R. Mechanisms of Stress-Induced Thermo- and Chemotolerances. Stress Proteins. Induction and Function. Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag Publ., 1990. pp. 101–117. https://doi.org/10.1007/978-3-642-75815-7_9
Blokhina O., Virolainen E., Fagerstedt K.V. Antioxidants, Oxidative Damage and Oxygen Deprivation Stress: A Review. Annals of Botany, 2003, vol. 91, iss. 2, pp. 179–194. https://doi.org/10.1093/aob/mcf118
Davies K.M., Schwinn K.E. Molecular Biology and Biotechnology of Flavonoid Biosynthesis. Flavanoids: Chemistry, Biochemistry and Applications. London, CRC Press Publ., 2005. pp. 143–218. https://doi.org/10.1201/9781420039443.ch3
Demming-Adams В., Gilmore A.M., Adams W.W. In vivo Function of Carotenoids in Higher Plants. FASEB Journal, 1996, vol. 10, iss. 4, pp. 403–412. https://doi.org/10.1096/fasebj.10.4.8647339
Ivanov L.A., Ivanova L.A., Ronzhina D.A., Yudina P.K. Changes in the Chlorophyll and Carotenoid Contents in the Leaves of Steppe Plants Along a Latitudinal Gradient in South Ural. Russian Journal of Plant Physiology, 2013, vol. 60, no. 6, pp. 812–820. https://doi.org/10.1134/S1021443713050075
Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and Carotenoids: Pigments of Photosynthetic Biomembranes. Methods in Enzymology. Vol. 148. Elsevier Publ., 1987. pp. 350–382. https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48036-1
Matysik J. Alia, Bhalu В., Mohanty P. Molecular Mechanisms of Quenching of Reactive Oxygen Species by Proline Under Stress in Plants. Current Science, 2002, vol. 82, iss. 5, pp. 525–532.
Mittler R. Oxidative Stress, Antioxidants and Stress Tolerance. Trends in Plant Science, 2002, vol. 7, iss. 9, pp. 405–410. https://doi.org/10.1016/S1360-1385(02)02312-9
Oqust G., Huner N.P.A. Photosynthesis of Overwintering Evergreen Plants. Annual Review of Plant Biology, 2003, vol. 54, no. 1, pp. 329–355. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.54.072402.115741
Roohi A., Nazish B., Nabgha-e-Amen, Maleeha M., Waseem S. A Critical Review on Halophytes: Salt Tolerant Plants. Journal of Medicinal Plants Research, 2011, vol. 5, iss. 33, pp. 7108–7118. https://doi.org/10.5897/JMPRx11.009
Scheer H. The Pigments. Light-Harvesting Antennas in Photosynthesis. Book Series: Advances in Photosynthesis and Respiration. Ed. by B.R. Green, W.W. Parson. Dordrecht, Springer Publ., 2003. pp. 29–81. https://doi.org/10.1007/978-94-017-2087-8_2
Schödel R., Irrgang K.-D., Voigt J., Renger G. Quenching of Chlorophyll Fluorescence by Triplets in Solubilized Light-Harvesting Complex II (LHCII). Biophysical Journal, 1999, vol. 76, iss. 4, pp. 2238–2248. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(99)77380-7
Siefferman-Harms D. The Light-Harvesting and Protective Functions of Carotenoids in Photosynthetic Membranes. Physiogia Plantarum, 1987, vol. 69, iss. 3, pp. 561–568. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1987.tb09240.x
Smillie R.M., Hetherington S.E. Photoabatement by Anthocyanin Shields Photosynthetic Systems from Light Stress. Photosynthetica, 1999, vol. 36, pp. 451–463.
Szabados L., Savoure A. Proline: A Multifunctional Amino Acid. Trends in Plant Science, 2010, vol. 15, iss. 2, pp. 89–97. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2009.11.009
Tarkhanov S.N., Pinaevskaya E.A., Aganina Y.E. Adaptive Responses of Morphological Forms of Pine (Pinus sylvestris L.) Under Stressful Conditions of the Northern Taiga (in the Northern Dvina Basin). Contemporary Problems of Ecology, 2018, vol. 11, no. 4, pp. 377–387. https://doi.org/10.1134/S1995425518040091
Zhang J., Kirkham M.B. Drought-Stress-Induced Changes in Activities of Superoxide Dismutase, Catalase, and Peroxidase in Wheat Species. Plant and Cell Physiology, 1994, vol. 35, iss. 5, pp. 785–791. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.pcp.a078658
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
