Адаптация форм Pinus sylvestris с разным цветом семян на избыточно увлажненных почвах. С. 9–26

УДК

581.5:58.087

DOI:

10.37482/0536-1036-2024-5-9-26

Аннотация

Исследованы адаптивные изменения биохимических показателей разных форм сосны в условиях постоянного избыточного увлажнения почв в северных широтах европейской части России. Показано влияние сезонной изменчивости на динамику фотосинтетического пигментного комплекса форм сосны с разной окраской семян. Установлено, что повышенная температура в начале осени способствует накоплению хлорофилла, и это может негативно сказаться на закаливании деревьев при подготовке к перезимовке. Доля хлорофиллов, локализованных в светособирающих комплексах хлоропластов, колеблется с мая по ноябрь от 43 до 60 %, что связано с адаптацией фотосинтетического аппарата деревьев разных форм к световым условиям высоких широт и другим экологическим факторам. Определено, что антоцианы значительно больше накапливаются в хвое сосны осенью: их антиоксидантная роль в этот сезон повышается. Выявлено, что пероксидазная активность в 1-летней хвое усиливается в осенний период. Это можно рассматривать как защитную реакцию разных форм сосны, препятствующую развитию неконтролируемых процессов при ограниченном снабжении органов кислородом. Отмечено значительное образование водорастворимых белков в хвое сосны с темной окраской семян в связи с ухудшением погодных условий. Эта форма по сравнению с сосной со светлыми семенами, вероятно, сильнее реагирует на действие стрессовых факторов, усиливающих гипоксию корневой системы. Сделан вывод о том, что концентрация пролина в хвое – очень изменчивый показатель, резко реагирующий на действие стрессовых факторов. Общие тенденции в сезонной динамике показателя не выявлены. Установлено, что содержание аскорбиновой кислоты в хвое деревьев разных форм сосны в конце весны существенно меньше, чем в летний и осенний сезоны. Это свидетельствует о развитии защитных механизмов для предотвращения окислительного стресса при неблагоприятных метеоусловиях.

Сведения об авторах

С.Н. Тарханов*, д-р биол. наук, зав. лаб., гл. науч. сотр.; ResearcherID: ABG-7237-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9037-8995
Е.А. Пинаевская, канд. биол. наук, ст. науч. сотр.; ResearcherID: ABB-6293-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1877-1412
Ю.Е. Аганина, мл. науч. сотр.; ResearcherID: ABB-6305-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6069-8979
А.С. Пахов, мл. науч. сотр.; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2362-8840
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова УрО РАН, просп. Никольский, д. 20, г. Архангельск, Россия, 163020;
tarkse@yandex.ru*, aviatorov8@mail.ru, julja-a30@rambler.ru, aleksander.pakhoff@yandex.ru

Ключевые слова

сосна обыкновенная, формы сосны обыкновенной, сезонная изменчивость, цвет семян, биохимическая адаптация, фотосинтетический пигментный комплекс, pH, активность пероксидаз, содержание стрессовых метаболитов, постоянное избыточное увлажнение почв

Для цитирования

Тарханов С.Н., Пинаевская Е.А., Аганина Ю.Е., Пахов А.С. Адаптация форм Pinus sylvestris с разным цветом семян на избыточно увлажненных почвах // Изв. вузов. Лесн. журн. 2024. № 5. С. 9–26. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-5-9-26

Литература

1. Абдуллина Д.С., Петрова И.В. Дифференциация популяций сосны обыкновенной по фенотипическим признакам на северо-восточном пределе ареала // Аграр. вестн. Урала. 2012. No 9 (101). С. 34–36. 

2. Анучин Н.П. Лесная таксация. 5-е изд., доп. М.: Лесн. пром-сть, 1982. 552 с. 

3. Большой практикум «Биохимия». Лабораторные работы / сост. М.Г. Кусакина, В.И. Суворов, А.А. Чудинова. Пермь, 2012. 148 с. 

4. Бояркин А.Н. Быстрый метод определения активности пероксидазы // Биохимия. 1951. Т. 16, вып. 4. С. 352–357. 

5. Васфилов С.П. Использование рН гомогената хвои для оценки воздействия диоксида серы на сосну // Экология. 1995. No 5. С. 347–350. 

6. Васфилов C.П. Возрастная изменчивость хвои в кроне сосны обыкновенной // Лесоведение. 2014. No 6. С. 41–48. 

7. Видякин А.И. Фены лесных древесных растений: выделение, масштабирование и использование в популяционных исследованиях (на примере Pinus sylvestris L.) // Экология. 2001. No 3. С. 197–202. 

8. Воскресенская О.Л., Алябышева Е.А., Половникова М.Г. Большой практикум по биоэкологии. Ч. 1. Йошкар-Ола: Марийск. гос. ун-т, 2006. 107 с. 

9. Зарубина Л.В., Хамитов Р.С. Сезонный рост сосны обыкновенной на заболоченных почвах Севера // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. No 3. С. 86–100. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-3-86-100

10. 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, No 1. С. 98–110. http://dx.doi.org/10.15372/SEJ20180109

11. Крамер П.Д., Козловский Т.Т. Физиология древесных растений. М.: Лесн. пром-сть, 1983. 462 с. 

12. Красновский А.А. Синглетный молекулярный кислород. Механизмы образования и пути дезактивации в фотосинтетических системах // Биофизика. 1994. Т. 39, No 2. С. 236–250. 

13. Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений (на примере семейства Pinaceae на Урале). М.: Наука, 1972. 284 с. 

14. Маслова Т.Г., Мамушина Н.С., 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, No 5. С. 672–681. https://doi.org/10.1134/S1021443709050045

15. Молотков П.И., Патлай И.Н., Давыдова Н.И., Щепотьев Ф.Л., Ирошников А.И., Мосин В.И., Пирагс Д.М., Милютин Л.И. Селекция лесных пород. М.: Лесн. пром-сть, 1982. 224 с. 

16. Муравьева Д.А., Бубенчикова В.Н., Беликов В.В. Спектрофотометрическое определение суммы антоцианов в цветках василька синего // Фармация. 1987. Т. 36, No 5. С. 28–29. 

17. Паршевников А.Л. Руководство по полевому исследованию лесных почв. Архангельск: АИЛиЛХ, 1974. 46 с. 

18. Полевая геоботаника / под общ. ред. Е.М. Лавренко и А.А. Корчагина. Т. III. М.; Л.: Наука, 1964. 530 с. 

19. Правдин Л.Ф. Сосна обыкновенная. Изменчивость, внутривидовая систематика и селекция. М.: Наука, 1964. 191 с. 

20. Практикум по физиологии растений / под ред. Н.Н. Третьякова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1990. 271 с. 

21. Путенихин В.П. Популяционная структура и сохранение генофонда хвойных видов на Урале: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. Красноярск, 2000. 48 с. 

22. Софронова В.Е., Антал Т.К., Дымова О.В., Головко Т.К. Фотозащитные механизмы в фотосистеме II Ephedra monosperma в период формирования морозоустойчивого состояния // Физиология растений. 2014. Т. 61, No 6. С. 798–807. https://doi.org/10.1134/S1021443714060181

23. Софронова В.Е., Дымова О.В., Головко Т.К., Чепалов В.А., Петров К.А. Адаптивные изменения пигментного комплекса хвои Pinus sylvestris при закаливании к низкой температуре // Физиология растений. 2016. Т. 63, No 4. С. 461–471. https://doi.org/10.1134/S1021443716040142

24. Судачкова Н.Е. Состояние и перспективы изучения влияния стрессов на древесные растения // Лесоведение. 1998. No 2. С. 3–9. 

25. Сукачев В.Н., Зонн С.В. Методические указания к изучению типов леса. 2-е изд., перераб. и доп. М.: АН СССР, 1961. 144 с. 

26. Тарханов С.Н., Аганина Ю.Е., Пахов А.С. Сезонная изменчивость биохимических показателей и поврежденность разных форм сосны обыкновенной в условиях постоянного избыточного увлажнения почв северной тайги // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin. 2018. Т. 22, No 1. С. 5–12. https://doi.org/10.18698/2542-1468-2018-1-5-12

27. Тарханов С.Н., Пинаевская Е.А., Аганина Ю.Е. Адаптивные реакции морфологических форм сосны (Pinus sylvestris L.) в стрессовых условиях северной тайги (на примере Северо-Двинского бассейна) // Сиб. экол. журн. 2018. Т. 25, No 4. С. 425–437. https://doi.org/10.15372/SEJ20180404

28. Тарханов С.Н., Пинаевская Е.А., Аганина Ю.Е. Адаптация и морфологическое состояние разных форм сосны в условиях постоянного избыточного увлажнения почв северной тайги // Лесоведение. 2022. No 1. С. 72–84. https://doi.org/10.31857/S0024114821060103

29. Тарханов С.Н., Пинаевская Е.А., Аншукова Ю.Е. Морфоструктурные особенности и изменчивость биохимических признаков форм Pinus sylvestris (Pinaceae) в условиях избыточного увлажнения почв северной тайги // Растит. ресурсы. 2014. Т. 50, вып. 4. С. 567–578. 

30. Чиркова Т.В. Метаболизм этанола и лактата в тканях древесных растений, различающихся по устойчивости к недостатку кислорода // Физиология растений. 1975. Т. 22, No 5. С. 952–958. 

31. Шульгин И.А. Растение и солнце. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 251 с. 

32. Яцко Я.Н., Дымова О.В., Головко Т.К. Пигментный комплекс зимне- и вечнозеленых растений в подзоне средней тайги европейского Северо-Востока // Ботан. журн. 2009. Т. 94, No 12. С. 1812–1820. 

33. Bates L.S., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid Determination of Free Proline for Water-Stress Studies. Plant and Soil, 1973, vol. 39, pp. 205–207. https://doi.org/10.1007/BF00018060

34. Björkman O. Responses to Different Quantum Flux Densities. Physiological Plant Ecology I. Encyclopedia of Plant Physiology: vol. 12. Berlin, Heidelberg, Springer, 1981, pp. 57–107.

35. Black A.R., Subjeck J.R. Mechanisms of Stress-Induced Thermo- and Chemotolerances. Stress Proteins. Induction and Functions. Berlin, Springer, 1990, pp. 10–117.

36. Bohnert H.J., Nelson D.E., Jensen R.G. Adaptation to Environmental Stresses. The Plant Cell, 1995, vol. 7, iss. 7, pp. 1099–1111. https://doi.org/10.1105/tpc.7.7.1099

37. Davies K.M., Schwinn K.E. Molecular Biology and Biotechnology of Flavonoid Biosynthesis. Flavоnoids: Chemistry, Biochemistry and Applications. London, CRC Press, 2006, pp. 143–218.

38. Edge R., Truscott G. Properties of Carotenoid Radicals and Excited States and Their Potential Role in Biological System. Carotenoids, Physical, Chemical, and Biological Functions and Properties. Landrum Dordrecht, Kluwer Acad. Publ., 2010, pp. 283–307.

39. Gatenby A.A., Donaldson G.K., Golubinoff P., LaRossa R.A., Lorimer G.H., Lubben T.H., Van Dyk T.K., Viitanen P.V. The Cellular Function of Chaperonins. Stress Proteins. Berlin, Heidelberg, Springer, 1990, pp. 57–69. https://doi.org/10.1007/978-3-642-75815-7_5

40. Gordon W.R., Henderson J.H. Isoperoxidases of (IAA Oxidase) Oxidase in Oat Coleoptiles. Canadian Journal of Botany, 1973, vol. 51, iss. 11, pp. 2047–2052. https://doi.org/10.1139/b73-266

41. Ivanov L.A., Ivanova L.A., Rochina 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

42. Levitt J. Responses of Plants to Environmental Stresses. Vol. 1: Chilling, Freezing, and High Temperature Stresses. New York, Academic Press, 1980. 497 p.

43. Lichenthaler H.K. Chlorophylls and Carotenoids: Pigments of Photosynthetic Biomembranes. Methods in Enzymology, 1987, vol. 148, pp. 350–382. https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48036-1

44. Mohr Y., Shopfer P. Plant Physiology. Berlin, Heidelberg, Springer, 1995. 629 p.

45. 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 (33), pp. 7108–7118. https://doi.org/10.5897/JMPRX11.009

46. Scheer H. The Pigments. Light-Harvesting Antennas in Photosynthesis. Dordrecht, Springer, 2003, vol. 13, pp. 29–81. https://doi.org/10.1007/978-94-017-2087-8_2

47. Smillie R.M., Hetherington S.E. Photoabatement by Anthocyanin Shields Photosynthetic Systems from Light Strees. Photosynthetica, 1999, vol. 36 (3), pp. 451–463. https://doi.org/10.1023/A:1007084321859

48. Verhoeven A. Sustained Energy Dissipation in Winter Evergreens. New Phytologist, 2014, vol. 201, iss. 1, pp. 57–65. https://doi.org/10.1111/nph.12466