Оценка физиологического состояния представителей рода лиственница (Larix Mill.) в условиях Нижегородской области

УДК

630*232.12:582.475.2

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2018.1.9

Аннотация

Формирование вновь создаваемых насаждений предполагает возможность расширения их породного состава и биологического разнообразия лесной растительности. Интродукция давно признана успешным инструментом пополнения местной флоры перспективными видами. Устойчивость видов в новых для них условиях непосредственно связана с их физиологическими особенностями. Практика интродукции представителей рода лиственница подтверждает широкие биологические возможности, высокую устойчивость и продуктивность созданных из них насаждений. Показатели сезонных изменений содержания запасных веществ в тканях годичных побегов выступают важной характеристикой физиологического состояния древесных растений, как аборигенных представителей рода лиственница, так и ее экзотов. Цель исследования – выявление межвидовой и индивидуальной фенотипической изменчивости различных видов лиственницы в условиях интродукции по показателям их физиологического состояния. Объект исследования – коллекционные посадки лиственницы на территории дендрологического комплекса «Явлейка» в Сергачском межрайонном лесничестве Нижегородской области. Наличие крахмала (цветная реакция на раствор Люголя) и жиров (реакция на Судан III) в тканях однолетних побегов исследовано у трех видов лиственницы. Содержание этих компонентов оценивали в условных баллах по разработанным нами шкалам. Первичной единицей выборки в гистохимическом опыте была принята разовая фиксация количества анализируемого вещества в учетной ткани побега. Визуальный отсчет значений выполняли на временных препаратах поперечных срезов из средней части годичного прироста. Срезы после окрашивания и фиксации анализировали с помощью микроскопа «Микмед-2». Для статистического и дисперсионного анализов использовали общепринятые методики. Установлена степень генотипической обусловленности характеристик физиологического состояния исследуемых растений, определено влияние факторов среды на формирование фенотипических различий между ними. Виды рода лиственница существенно различались по способности образовывать запасы жироподобных веществ в годичных побегах разных фенологических фаз. Наиболее высокое содержание жиров в марте отмечено у лиственниц Сукачева (18,33 балла) и даурской (17,50 балла), лиственница сибирская значительно отставала от них по этому показателю (7,84 балла). В период активного отрастания побегов (конец мая) содержание жиров в тканях исследуемых видов снижалось, различия между ними выравнивались. Существенно различались рассматриваемые виды рода лиственница по способности образовывать запасы крахмала в годичных побегах в разные фенологические фазы. Наиболее высокое содержание крахмала (конец мая) характерно для лиственницы даурской, наиболее низкое – для лиственницы Сукачева. Диапазоны значений тестируемых признаков у разных видов лиственницы неоди-наковы и варьируют по фенологическим фазам. Фенотипические различия по исследуемым показателям определяются как видовой принадлежностью, так и внешними факторами. Влияние среды на формирование запасов жироподобных веществ и крахмала зависит от фенологического состояния растений.

Сведения об авторах

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

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

А.О. Есичев, асп.

Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, просп. Гагарина, д. 97, г. Нижний Новгород, Россия, 603107; e-mail: lesfak@bk.ru, besschetnova1966@mail.ru, andrey.esichev@mail.ru

Ключевые слова

род лиственница, запасные вещества, жиры, крахмал, интродукция, изменчивость, физиологическое состояние, однолетние побеги, генотипическая обусловленность, адаптация

Для цитирования

Бессчетнов В.П., Бессчетнова Н.Н., Есичев А.О. Оценка физиологического состояния представителей рода лиственница (Larix Mill.) в условиях Нижегородской области // Лесн. журн. 2018. № 1. С. 9–17. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.1.9

Литература

1. Бессчетнова Н.Н. Сравнительная оценка плюсовых деревьев сосны обыкновенной по содержанию крахмала в побегах // Вестник МарГТУ. Сер. Лес. Экология. Природопользование. 2010. № 2. С. 49–56.

2. Бессчетнова Н.Н. Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Селекционный потенциал плюсовых деревьев. Саарбрюккен: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Сo. KG, 2011. 402 c
.
3. Бессчетнова Н.Н. Содержание жиров в клетках побегов плюсовых деревьев сосны обыкновенной // Лесн. журн. 2012. № 4. С. 48–55. (Изв. высш. учеб. заведений).

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

5. Газизуллин А.X., Грачев В.М. Почвенно-экологические условия произрастания высокопроизводительных культур лиственницы в лесостепи Среднего Поволжья // Лиственница и ее использование в народном хозяйстве: межвуз. сб. науч. тр. Красноярск: КГУ, 1980. С. 40–46.

6. Лакин Г.Ф. Биометрия. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1980. 293 с.

7. Мамаев С.А. О проблемах и методах внутривидовой систематики древесных растений. Амплитуда изменчивости // Закономерности формообразования и дифференциации вида у древесных растений: тр. Ин-та экологии растений и животных. Свердловск, 1969. С. 3–38.

8. Прозина М.Н. Ботаническая микротехника. М.: Высш. шк., 1960. 205 с.

9. Andersone U., Ievinsh G. Changes of Morphogenic Competence in Mature Pinus sylvestris L. Buds in vitro // Annals of Botany. 2002. Vol. 90, iss. 2. Pp. 293–298. DOI: 10.1093/aob/mcf176

10. Brahim M.B., 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) // Annals of Forest Science. 1996. Vol. 53, no. 4. Pp. 801–810. DOI: http://dx.doi.org/10.1051/forest:19960401

11. Mencuccini M., Hölttä T. The Significance of Phloem Transport for the Speed with which Canopy Photosynthesis and Belowground Respiration are Linked // New phytologist. 2010. Vol. 185, iss. 1. Pp. 189–203. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2009.03050.x

12. 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 Signa // New phytologist. 2013. Vol. 198, iss. 4. Pp. 1143–1154. DOI: 10.1111/nph.12224

13. Woodruff D.R., Meinzer F.C. Water Stress, Shoot Growth and Storage of Non-Structural Carbohydrates along a Tree Height Gradient in a Tall Conifer // Plant, Cell & Environment. 2011. Vol. 34, iss. 11. Pp. 1920–1930. DOI: 10.1111/j.1365-3040.2011.02388.x

Поступила 17.05.17

Ссылка на английскую версию:

Physiological State Evaluation of Representatives of the Genus Larch (Larix Mill.) in the Nizhny Novgorod Region

UDC: 630*232.12:582.475.2

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.1.9

Physiological State Evaluation of Representatives of the Genus Larch (Larix Mill.) in the Nizhny Novgorod Region

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

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

A.O. Esichev, Postgraduate Student

Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, pr. Gagarina, 97, Nizhny Novgorod, 603107, Russian Federation; е-mail: lesfak@bk.ru, besschetnova1966@mail.ru, andrey.esichev@mail.ru

The formation of newly created plantations assumes the possibility of expanding their species composition and biological diversity of forest vegetation. The introduction has long been recognized as a successful tool for replenishing the local flora with promising species. Stability of species in new conditions is directly related to their physiological characteristics. The practice of introducing representatives of the genus larch confirms wide biological possibilities, high stability and productivity of plantations created from them. The indicators of seasonal changes of the storage compound content in the tissues of one-year shoots are an important characteristic of the physiological state of woody plants as native representatives of the genus larch and its exotics. The goal of research is to identify the interspecific and individual phenotypic variability of various species of larch under the conditions of introduction according to the indices of their physiological state. The object of the study is the collection of larch plantations in the territory of the dendrological complex “Yavleika” in the Sergachskiy interdistrict forestry of the Nizhny Novgorod region. We investigate the presence of starch (staining reaction to Lugol's solution) and fats (Sudan III reaction) in the tissues of one-year shoots of three species of larch. The content of these components is assessed in terms of the developed scales. The primary sampling unit in the histochemical experiment is a one-time fixation of the amount of the analyzed matter in the shoot's recording tissue. Visual reading of values is performed on temporary preparations of transverse sections from the middle part of the annual increment. Sections after staining and fixation are analyzed using a micrometer “Mikmed-2”. Common methods are used for the statistical and variance analyses. We have determined the degree of genotypic conditioning of characteristics of the physiological state of plants, the influence of environmental factors on the formation of phenotypic differences between them. The species of a genus larch essentially differ in ability to form lipoid stocks in one-year shoots of different phenological phases. The highest content of fats in March was observed in Sukachev’s larch (18.33 points) and Dahurian larch (17.50 points), Siberian larch had the less indicator (7.84 points). During the period of active shoot growth (in the end of May), the content of fats in their tissues decreased in the studied species, the differences between them were equalized. Considered species of the genus larch differ significantly by the ability to form starch stocks in one-year shoots in different phenological phases. The highest content of starch (in the end of May) was characteristic of Dahurian larch, the lowest − for Sukachev’s larch. The ranges of values of the test characters in different species of larch are not the same and vary according to the phenological phases. Phenotypic differences in the studied indicators are determined both by species and by external factors. The environmental effect on the formation of stocks of fat-like substances and starch depends on the phenological state of plants.

Keywords: genus larch, storage compound, fats, starch, introduction, variability, physiological state, one-year shoot, genotypic conditioning, adaptation.

REFERENCES

1. 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 MarGTU. Ser. Les. Ekologiya. Prirodopol'zovanie [Vestnik of Mari State Technical University. Ser.: Forest. Ecology. Nature Management], 2010, no. 2, pp. 49–56.

2. Besschetnova N.N. Sosna obyknovennaya (Pinus sylvestris L.). Selektsionnyy potentsial plyusovykh derev'ev [Pine (Pinus sylvestris L.). The Breeding Potential of Plus-Trees]. Saarbrücken, Lap Lambert Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2011. 402 p. (In Russ.)

3. 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.

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

5. Gazizullin A.Kh., Grachev V.M. Pochvenno-ekologicheskie usloviya proizrastaniya vysokoproizvoditel'nykh kul'tur listvennitsy v lesostepi Srednego Povolzh'ya [Soil-Ecological Conditions of Growth of High-Productivity Larch Cultures in the Forest-Steppe of the Middle Volga Region]. Listvennitsa i ee ispol'zovanie v narodnom khozyaystve: mezhvuz. sb. nauch. tr. [Larch and Its Use in the National Economy]. Krasnoyarsk: KSU Publ., 1980, pp. 40–46. (In Russ.)

6. Lakin G.F. Biometriya [Biometrics]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1980. 293 p.

7. Mamaev S.A. O problemakh i metodakh vnutrividovoy sistematiki drevesnykh rasteniy. Amplituda izmenchivosti [On the Problems and Methods of Intraspecific Systematics of Woody Plants. Amplitude of Variability]. Zakonomernosti formoobrazovaniya i differentsiatsii vida u drevesnykh rasteniy: tr. In-ta ekologii rasteniy i zhivotnykh [Regularities of Form-Formation and Species Differentiation in Woody Plants: Trans. Inst. Plant and Animal Ecology]. Sverdlovsk, 1969, pp. 3–38. (In Russ.)

8. Prozina M.N. Botanicheskaya mikrotekhnika [Botanical Microelectronics]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1960. 205 p. (In Russ.)

9. Andersone U., Ievinsh G. Changes of Morphogenic Competence in Mature Pinus sylvestris L. Buds in vitro. Annals of Botany, 2002, vol. 90, iss. 2, pp. 293–298. DOI: 10.1093/aob/mcf176

10. Brahim M.B., 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). Annals of Forest Science, 1996, vol. 53, no. 4, pp. 801–810. DOI: http://dx.doi.org/10.1051/forest:19960401

11. Mencuccini M., Hölttä T. The Significance of Phloem Transport for the Speed with which Canopy Photosynthesis and Belowground Respiration are Linked. New phytologist, 2010, vol. 185, iss. 1, pp. 189–203. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2009.03050.x

12. 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 phytologist, 2013, vol. 198, iss. 4, pp. 1143–1154. DOI: 10.1111/nph.12224

13. Woodruff D.R., Meinzer F.C. Water Stress, Shoot Growth and Storage of Non-Structural Carbohydrates along a Tree Height Gradient in a Tall Conifer. Plant, Cell & Environment, 2011, vol. 34, iss. 11, pp. 1920–1930. DOI: 10.1111/j.1365-3040.2011.02388.x

Received on May 17, 2017

---

For citation: Besschetnov V.P., Besschetnova N.N., Esichev A.O. Physiological State Evaluation of Representatives of the Genus Larch (Larix Mill.) in the Nizhny Novgorod Region. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2018, no. 1, pp. 9–17. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.1.9