Сезонная динамика содержания компонентов антиокислительной системы хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в зоне локального теплового воздействия. С. 38–57

УДК

581.1:58.02

DOI:

10.37482/0536-1036-2023-2-38-57

Аннотация

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.

Сведения об авторах

С.А. Шавнин¹, д-р биол. наук, проф., вед. науч. сотр.; ResearcherID: L-3389-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6908-3324
И.А. Юсупов¹, канд. с.-х. наук, науч. сотр.; ResearcherID: AAK-4578-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5782-9483
А.А. Монтиле^1*, мл. науч. сотр.; ResearcherID: G-4617-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3983-8030
Д.Ю. Голиков¹, канд. с.-х. наук, науч. сотр.; ResearcherID: D-2177-2016, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8871-1135
Н.В. Марина², канд. хим. наук, доц.; ResearcherID: AAL-1754-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2641-2981
¹Ботанический сад УрО РАН, ул. 8 Марта, д. 202 а, г. Екатеринбург, Россия, 620144; sash@botgard.uran.ru, usiaz@mail.ru, org17@mail.ru*, mit2704@gmail.com
²Уральский государственный лесотехнический университет, ул. Сибирский тракт, д. 37, г. Екатеринбург, Россия, 620100; labbav@yandex.ru

Ключевые слова

Pinus sylvestris, каротиноиды, флавонолы, катехины, аскорбиновая кислота, пероксидазная активность, потепление климата, антиокислительная система

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

Литература

1. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2018 год. М.: Росгидромет, 2019. 79 с. 

2. 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. https://doi.org/10.17513/use.36534

3. Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений. М.: Высш. шк., 2005. 736 с. 

4. 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. 

5. Меньщикова Е.Б., Зенков Н.К. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных процессов // Успехи современной биологии. 1993. Т. 113, вып. 4. С. 442–455. 

6. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Аскорбиновая кислота – медленно окисляемый субстрат пероксидазы хрена // Биохимия. 1997. Т. 62, вып. 12. С. 1678–1682. 

7. 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. 

8. 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. https://doi.org/10.14258/jcprm.201703755

9. 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. 

10. 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. http://lesnoizhurnal.ru/apxiv/2006/%E2%84%961-2006.pdf

11. 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

12. Gould K.S., Lister C. Flavonoid Functions in Plants. Flavonoids, CRC Press, 2005, pp. 397–441. https://doi.org/10.1201/9781420039443.ch8

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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.

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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

28. 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

29. 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

30. 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