Содержание крахмала в тканях побегов разных видов ели (picea a. Dietr.) в условиях интродукции

УДК

630*232.12:582.475.2

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2017.4.57

Аннотация

Интродукция является одним из наиболее эффективных методов пополнения местной дендрофлоры ценными видами растений. Для диагностики успешности интродукции растений необходимо выяснить природу их адаптации в новых условиях произрастания. Весьма значимыми для оценки акклиматизации растений являются состав и соотношение запасных веществ и метаболитов в клетках тканей. Из запасных питательных веществ наиболее важен для  развития древесных растений крахмал. Повышение температуры значительно влияет на содержание этого питательного вещества. Увеличение содержания крахмала в клетках тканей связано с выходом растений из состояния покоя и подготовкой к вегетационному периоду. Исследована биологическая специфичность 13 видов ели, интродуцированных в Нижегородскую область. Установлена их неоднородность по содержанию крахмала в клетках тканей годичных побегов, что может иметь адаптационное значение. Содержание крахмала в клетках тканей годичных побегов выявляли цветной реакцией с раствором Люголя. Срезы после окрашивания соответствующими реактивами и фиксации анализировали с помощью микроскопа «Микмед-2». Оценку содержания запасных веществ на поперечном срезе побега давали по каждой учетной зоне отдельно и в сумме баллов по всем учетным зонам. Статистический и дисперсионный анализы выполняли по общепринятым методикам. По каждому ботаническому виду, включенному в схему анализа, вычисляли средние значения. Соотношение между видами рода ель по содержанию крахмала
в разных тканях было неодинаковым. Различия между интродуцентами проявились на выровненном фоне экологических условий. Дисперсионный анализ подтвердил существенность различий, обнаруженных между исследованными видами ели, в содержании крахмала. 

Сведения об авторах

Н.Н. Бессчетнова¹, д-р с.-х. наук, доц.

В.П. Бессчетнов¹, д-р биол. наук, проф.

А.В. Кулькова¹, асп.

И.В. Мишукова², вед. биолог

¹Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, пр. Гагарина, д. 97, г. Нижний Новгород, Россия, 603107; e-mail: lesfak@bk.ru

²Ботанический сад Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, ул. Ботанический Сад, д. 1, г. Нижний Новгород, Россия, 603062;
e-mail: mishukowa.ir@yandex.ru

Ключевые слова

ель, интродукция, адаптация, резистентность, крахмал, ткани побегов

Для цитирования

Бессчетнова Н.Н., Бессчетнов В.П., Кулькова А.В., Мишукова  И.В. Содержание крахмала в тканях побегов разных видов ели (Picea А. Dietr.) в условиях интродукции // Лесн. журн. 2017. № 4. С. 57–68. (Изв. высш. учеб. заведений).
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.57

Литература

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Барская Е.И. Изменения хлоропластов и вызревание побегов в связи с морозоустойчивостью древесных растений. М.: Наука, 1967. 223 с.

2. Бессчетнова Н.Н. Сравнительная оценка плюсовых деревьев сосны обыкновенной по содержанию крахмала в побегах // Вестн. МарГТУ. Серия: Лес. Экология. Природопользование. 2010. № 2(9).  С. 49–56.

3. Бессчетнова Н.Н. Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Селекционный потенциал плюсовых деревьев.  Саарбрюккен: Lap Lambert Academic Publishing, 2011. 402 c.

4. Бессчетнова Н.Н. Содержание жиров в клетках побегов плюсовых деревьев сосны обыкновенной  // Лесн. журн.  2012.  № 4.  С. 48–55. (Изв. высш. учеб. заве-дений).

5. Бессчетнов В.П., Бессчетнова Н.Н. Образование и лигнификация ксилемы плюсовых деревьев сосны обыкновенной // Лесн. журн. 2013. № 2.  С. 45–52. (Изв. высш. учеб. заведений).

6. Бессчетнов В.П., Бессчетнова Н.Н., Храмова О.Ю., Орнатский А.Н., Горе-лов Н.И. Дисперсионный анализ многоуровневых иерархических комплексов: метод. указания для студ. и асп. Н. Новгород: НГСХА, 2012. 33 с.

7. Бессчетнова Н.Н. Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Эффективность отбора плюсовых деревьев: моногр. Н. Новгород: Нижегород. ГСХА, 2016. 464 с.

8. Воробьев Р.А., Тебенькова Д.Н. Развитие вегетативных и генеративных органов представителей рода ель (Picea L.), интродуцированных в Нижегородской области // Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн.  2013.  № 7. С. 97–105.

9. Воробьев Р.А., Тебенькова Д.Н. Содержание основных пигментов в однолетней и двухлетней хвое интродуцентов рода ель (Picea L.) в условиях подзоны южной тайги (на примере Нижегородской области) // Лесоведение.  2013.  № 3.  С. 8–15.

10. Гродзинский А.М., Гродзинский Д.М.  Краткий справочник по физиологии растений. Киев: Наук. думка, 1964.  288 с.

11. Мамаев С.А. О проблемах и методах внутривидовой систематики растений. II. Амплитуда изменчивости // Закономерности формообразования и дифференциации вида у древесных растений: тр. Ин-та экологии растений и животных Урал. фил. АН СССР. Свердловск, 1969. Вып. 64. С. 3–38.

12. Прозина М.Н. Ботаническая микротехника: учеб. пособие.  М.: Высш. шк., 1960. 205 с.

13. Andersone U., Ievinsh G. Changes of Morphogenic Competence in Mature
Pinus sylvestris L. Buds in vitro. Ann. Bot., 2002. Vol. 90, no. 2, pp. 293–298.
DOI: 10.1093/aob/mcf176

14. Bergström B. Chemical and Structural Changes during Heartwood Formation
in Pinus sylvestris // Forestry. 2003. Vol. 76, no. 1. Pp. 45–53. DOI: 10.1093/forestry/76.1.45.

15. Brahim B.M., Loustau D., Gaudillère J.P., Saur E. Effects of Phosphate Deficiency on Photosynthesis and Accumulation of Starch and Soluble Sugars in 1-Year-Old Seedlings of Maritime Pine (Pinus pinaster Ait) // Ann. Sci. For. 1996. Vol. 53, no. 4.
Pp. 801–810. DOI: http://dx.doi.org/10.1051/forest:19960401

16. Ericsson A., Lindgren A., Mattsson A. Effects of Cold-Storage and Planting Date on Subsequent Growth, Starch and Nitrogen Content in Scots Pine (Pinus sylvestris) and Norway Spruce (Picea abies) Seedlings // Studia Forestalia Suecia. 1983. No. 165. Pp. 1–17.

17. Jiménez M.D., Pardos M., Puértolas J., Kleczkowski L.A., Pardos J.A. Deep Shade Alters the Acclimation Response to Moderate Water Stress in Quercus suber L. // Forestry. 2009. Vol. 82, no. 3. Рp. 285–298. DOI: 10.1093/forestry/cpp008

18. Kakei M., Clifford P.E. Effects of Lime Application and Test Branch Position on ¹⁴C-Photosynthate Partitioning in 3-Year-Old Sitka Spruce (Picea sitchensis) Plants Growing in Pots Containing Peat Soils // Forestry. 1999. Vol. 72, no. 3. Pp. 223–235.
DOI: 10.1093/forestry/72.3.223

19. Ludlow A.R. Some Factors Influencing the Increment of Forests // Forestry. 1997. Vol. 70, no. 4. Pp. 381–388. DOI:10.1093/forestry/70.4.381

20. Mencuccini M., Hölttä T. The Significance of Phloem Transport for the Speed with which Canopy Photosynthesis and Belowground Respiration are Linked // New Phytol. 2010. Vol. 185, no. 1. Pp. 189–203. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2009.03050.x

21. Mencuccini M., Hölttä T., Sevanto S., Nikinmaa E. Concurrent Measurements of Change in the Bark and Xylem Diameters of Trees Reveal a Phloem-Generated Turgor Signal // New Phytol. 2013. Vol. 198, no. 4. Pp. 1143–1154. DOI: 10.1111/nph.12224

22. Pardos M., Royo A., Gil L., Pardos J.A. Effect of Nursery Location and Outplanting Date on Field Performance of Pinus halepensis and Quercus ilex Seedlings // Forestry. 2003. Vol. 76, no. 1. Pp. 67–81. DOI: 10.1093/forestry/76.1.67

23. Rodríguez-Calcerrada J., Pardos J.A., Aranda I. Contrasting Responses Facing Peak Drought in Seedlings of Two Co-Occurring Oak Species // Forestry. 2010. Vol. 83,
no. 4. Pp. 369–378. DOI:10.1093/forestry/cpq019

24. Schaberg P.G., Snyder M.C., Shane J.B., Donnelly J.R. Seasonal Patterns of Carbohydrate Reserves in Red Spruce Seedlings // Tree Physiology. 2000. Vol. 20, no. 8. Pp. 549–555.

25. Woodruff D.R., Meinzer F.C. Water Stress, Shoot Growth and Storage of Nonstructural Carbohydrates Along a Tree Height Gradient in a Tall Conifer // Plant, Cell & Environment. 2011. Vol. 34, no.  11. Pp. 1920–1930. DOI: 10.1111/j.1365-3040.2011.02388.x

Поступила 19.03.17

Ссылка на английскую версию:

Starch Content in Shoot Tissues of Different Spruce Species (Picea A. Dietr.) in Introduction

UDС 630*232.12:582.475.2

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.57

Starch Content in Shoot Tissues of Different Spruce Species (Picea A. Dietr.)
in Introduction

N.N. Besschetnova¹, Doctor of Agricultural Sciences, Associate Professor

V.P. Besschetnov¹, Doctor of Biological Sciences, Professor

A.V. Kul'kova¹, Postgraduate Student

I.V. Mishukova², Leading Biologist

¹State agricultural academy of Nizhny Novgorod, pr. Gagarina, 97, Nizhny Novgorod, 603107, Russian Federation; e-mail: lesfak@bk.ru

²Botanical Garden of the N.I. Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod,
ul. Botanicheskiy Sad, 1, Nizhny Novgorod, 603062, Russian Federation;
e-mail: mishukowa.ir@yandex.ru

Introduction is one of the most effective methods of afterculture of local dendroflora with valuable plant species. To diagnose the success of plants introduction we should clarify the nature of their adaptation to the new growth conditions. The composition and the ratio of reserve constituents and metabolites in tissue cells are highly important for assessing the plant establishment. Starch is the most important reserve constituent in the development of woody plants. The increase of temperature significantly affects the content of this nutrient. The increase of the starch content of tissue cells is associated with the release of plants from quiescence and preparation for the growing season. We have investigated the biological specificity of
13 spruce species, introduced in the Nizhny Novgorod region, and have established their heterogeneity in the starch content in tissue cells of the annual shoots, which could have the adaptation significance. Determination of starch in tissue cells of the annual shoots was detected
by the Lugol staining reaction. Sections after staining with appropriate reagents and fixation were analyzed using a micrometer “Mikmed-2”. The estimation of the content of reserve
constituents on the transverse section of the shoot was given for each accounting area separately and in the score in all accounting areas. Statistical and dispersion analyses were performed according to the common methods. We calculated the mean values for each botanical species included in the analysis scheme. The ratio between the species of the genus Spruce by the starch content in different tissues was not the same. The differences between the exotic species appeared under the same environmental conditions. The variance analysis confirmed the significance of differences between the studied spruce species in the starch content.

Keywords: spruce, introduction, adaptation, resistance, starch, shoot tissue.

REFERENCES 

1. Barskaya E.I. Izmeneniya khloroplastov i vyzrevanie pobegov v svyazi s morozoustoychivost'yu drevesnykh rasteniy [Chloroplast Changes and Shoots Ripening Due to the Frost Resistance of Woody Plants]. Moscow, 1967. 223 p.

2. Besschetnova N.N. Sravnitel'naya otsenka plyusovykh derev'ev sosny obyknovennoy po soderzhaniyu krakhmala v pobegakh [Comparative Estimation of Starch Content in the Sprouts of Scotch Pine Plus-Trees]. Vestnik Mariyskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Les. Ekologiya. Prirodopol'zovanie [Vestnik of Mari State Technical University. Series “Forest. Ecology. Nature management”], 2010, no. 2(9), pp. 49–56.

3. Besschetnova N.N. Sosna obyknovennaya (Pinus sylvestris L.). Selektsionnyy potentsial plyusovykh derev'ev [Scots Pine (Pinus sylvestris L.). Breeding Potential of Plus-Trees]. Saarbrücken, Germany, 2011. 402 p.

4. Besschetnova N.N. Soderzhanie zhirov v kletkakh pobegov plyusovykh derev'ev sosny obyknovennoy [Fat Content in Shoot Cells of Scotch Pine Elite Trees]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2012, no. 4, pp. 48–55.

5. Besschetnov V.P., Besschetnova N.N. Obrazovanie i lignifikatsiya ksilemy plyusovykh derev'ev sosny obyknovennoy [Formation and Lignification of Xylem of Scotch Pine Elite Trees]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2013, no. 2, pp. 45–52.

6. Besschetnov V.P., Besschetnova N.N., Khramova O.Yu., Ornatskiy A.N., Gorelov N.I. Dispersionnyy analiz mnogourovnevykh ierarkhicheskikh kompleksov: metod. ukazaniya dlya stud. i asp. [Dispersion Analysis of Multilevel Hierarchical Complexes]. Nizhny Novgorod, 2012. 33 p.

7. Besschetnova N.N. Sosna obyknovennaya (Pinus sylvestris L.). Effektivnost' otbora plyusovykh derev'ev: monogr. [Scots Pine (Pinus sylvestris L.). The Efficiency of Selection of Plus-Trees]. Nizhny Novgorod, 2016. 464 p.

8. Vorob'ev R.A., Teben'kova D.N. Razvitie vegetativnykh i generativnykh organov predstaviteley roda el' (Picea L.), introdutsirovannykh v Nizhegorodskoy oblasti [Results for the Development Phenological Observations of Vegetative and Generative Organs of Representatives of Spruce (Picea L.) Introduced in Nizhny Novgorod Region]. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa ‒ Lesnoy vestnik [Moscow State Forest University Bulletin – Lesnoy Vestnik], 2013, no. 7, pp. 97–105.

9. Vorob'ev R.A., Teben'kova D.N. Soderzhanie osnovnykh pigmentov v odnoletney i dvukhletney khvoe introdutsentov roda el' (Picea L.) v usloviyakh podzony yuzhnoy taygi (na primere Nizhegorodskoy oblasti) [The Main Pigment Content in Needles of Introduced Spruce in the Southern Taiga (Nizhny Novgorod Region)]. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2013, no. 4, pp. 22–31.

10. Grodzinskiy A.M., Grodzinskiy D.M. Kratkiy spravochnik po fiziologii rasteniy [A Quick Reference Guide on Plant Physiology]. Kiev, 1964. 288 p.

11. Mamaev S.A. O problemakh i metodakh vnutrividovoy sistematiki drevesnykh rasteniy. II. Amplituda izmenchivosti [On the Problems and Methods of Intraspecific
Systematics of Plants. II. Amplitude of Variability]. Zakonomernosti formoobrazovaniya i differentsiatsii vida u drevesnykh rasteniy: Trudy instituta ekologii rasteniy i zhivotnykh Ural'skogo filiala AN SSSR [Patterns of Species Formation and Species Differentiation in Woody Plants: Proc. Institute of Ecology of Plants and Animals of the Ural Branch of the Academy of Sciences of the USSR]. Sverdlovsk, 1969, iss. 64, pp. 3–38.

12. Prozina M.N. Botanicheskaya mikrotekhnika: ucheb. posobie [Botanical Microengineering]. Moscow, 1960. 205 p.

13. Andersone U., Ievinsh G. Changes of Morphogenic Competence in Mature
Pinus sylvestris L. Buds in vitro. Ann. Bot., 2002, vol. 90, no. 2, pp. 293–298.
DOI: 10.1093/aob/mcf176.

14. Bergström B. Chemical and Structural Changes during Heartwood Formation in Pinus sylvestris. Forestry, 2003, vol. 76, no. 1, pp. 45–53. DOI: 10.1093/forestry/76.1.45.

15. Brahim B.M., Loustau D., Gaudillère J.P., Saur E. Effects of Phosphate Deficiency on Photosynthesis and Accumulation of Starch and Soluble Sugars in 1-Year-Old Seedlings of Maritime Pine (Pinus pinaster Ait). Ann. Sci. For., 1996, vol. 53, no. 4,
pp. 801–810. DOI: http://dx.doi.org/10.1051/forest:19960401.

16. Ericsson A., Lindgren A., Mattsson A. Effects of Cold-Storage and Planting Date on Subsequent Growth, Starch and Nitrogen Content in Scots Pine (Pinus sylvestris) and Norway Spruce (Picea abies) Seedlings. Studia Forestalia Suecia, 1983, no. 165, pp. 1–17.

17. Jiménez M.D., Pardos M., Puértolas J., Kleczkowski L.A., Pardos J.A. Deep Shade Alters the Acclimation Response to Moderate Water Stress in Quercus suber L. Forestry, 2009, vol. 82, no. 3, pp. 285–298. DOI: 10.1093/forestry/cpp008.

18. Kakei M., Clifford P.E. Effects of Lime Application and Test Branch Position on ¹⁴C-Photosynthate Partitioning in 3-Year-Old Sitka Spruce (Picea sitchensis) Plants Growing in Pots Containing Peat Soils. Forestry, 1999, vol. 72, no. 3, pp. 223–235.
DOI: 10.1093/forestry/72.3.223.

19. Ludlow A.R. Some Factors Influencing the Increment of Forests. Forestry, 1997, vol. 70, no. 4, pp. 381–388. DOI: 10.1093/forestry/70.4.381.

20. Mencuccini M., Hölttä T. The Significance of Phloem Transport for the Speed with which Canopy Photosynthesis and Belowground Respiration are Linked. New Phytol., 2010, vol. 185, no. 1, pp. 189–203. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2009.03050.x.

21. Mencuccini M., Hölttä T., Sevanto S., Nikinmaa E. Concurrent Measurements of Change in the Bark and Xylem Diameters of Trees Reveal a Phloem-Generated Turgor Signal. New Phytol., 2013, vol. 198, no. 4, pp. 1143–1154. DOI: 10.1111/nph.12224.

22. Pardos M., Royo A., Gil L., Pardos J.A. Effect of Nursery Location and Outplanting Date on Field Performance of Pinus halepensis and Quercus ilex Seedlings. Forestry, 2003, vol. 76, no. 1, pp. 67–81. DOI: 10.1093/forestry/76.1.67.

23. Rodríguez-Calcerrada J., Pardos J.A., Aranda I. Contrasting Responses Facing Peak Drought in Seedlings of Two Co-Occurring Oak Species. Forestry, 2010, vol. 83, no. 4, pp. 369–378. DOI: 10.1093/forestry/cpq019.

24. Schaberg P.G., Snyder M.C., Shane J.B., Donnelly J.R. Seasonal Patterns of Carbohydrate Reserves in Red Spruce Seedlings. Tree Physiology, 2000, vol. 20, no. 8, pp. 549–555.

25. Woodruff D.R., Meinzer F.C. Water Stress, Shoot Growth and Storage of Nonstructural Carbohydrates Along a Tree Height Gradient in a Tall Conifer. Plant, Cell & Environment, 2011, vol. 34, no. 11, pp. 1920–1930. DOI: 10.1111/j.1365-3040.2011.02388.x.

---

For citation: Besschetnova N.N., Besschetnov V.P., Kul'kova A.V., Mishukova I.V. Starch Content in Shoot Tissues of Different Spruce Species (Picea A. Dietr.) in Introduction. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2017, no. 4, pp. 57–68. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.4.57