Изменчивость фотосинтетического пигментного комплекса ели с разной формой семенных чешуй в северной подзоне тайги Архангельской области. С. 96–109

УДК

582.475.2:631.524.6

DOI:

https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-4-96-109

Аннотация

Территория Архангельской области входит в зону интрогрессивной гибридизации ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) и ели европейской (Picea abies (L.) Karst.) на Русской равнине. Форма семенных чешуй у многих видов семейства Pinaceae содержит большой объем генетической информации, свойственной как виду, так и его формам. Целью исследования стало выявление особенностей сезонной динамики показателей фотосинтетического пигментного комплекса у ели сибирской и ели гибридной с преобладанием признаков ели сибирской в северной тайге Архангельской области. Научные работы проводили в ельниках черничного типа на слабоподзолистых суглинистых почвах на моренных суглинках, типичных для северной тайги вблизи устья р. Северной Двины (64°30ʹ с. ш. 41°00ʹ в. д.). На постоянных пробных площадях промаркировали 10 деревьев ели сибирской и 10 деревьев ели гибридной с преобладанием признаков ели сибирской, выделенных по форме семенных чешуй. В 2023 г. у них отбирали образцы 1-летней «теневой» хвои из нижней части кроны в разные календарные периоды. Спектрофотометрическим методом определяли содержание в хвое хлорофиллов и каротиноидов, а также рассчитывали долю хлорофиллов в светособирающем комплексе. В результате у ели сибирской и ели гибридной с преобладанием признаков ели сибирской выявлено сходство в динамике относительных показателей фотосинтетического пигментного комплекса 1-летней хвои. Вместе с тем показано, что в летний и осенний сезоны вплоть до завершения вегетации и при подготовке к перезимовке у исследованных елей происходит накопление зеленых пигментов, причем более активно – у гибридной формы. При этом защитная роль каротиноидов возрастает. Диапазон изменений доли хлорофиллов в светособирающем комплексе ели сибирской и ели гибридной с преобладанием признаков ели сибирской с мая по ноябрь в среднем по месяцам составляет 55–62 %, что обусловлено адаптацией их фотосинтетического аппарата к экологическим условиям высоких широт.

Финансирование: Исследование выполнено в рамках госзадания ФИЦКИА УрО РАН «Исследование устойчивости лесных экосистем на приарктических территориях Европейского Севера России» (проект FUUW-2025-0003, регистрационный номер – 125021902596-8).

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, канд. биол. наук, науч. сотр.; ResearcherID: ABB-6305-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6069-8979
А.С. Пахов, мл. науч. сотр.; ResearcherID: HRB-3337-2023, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2362-8840

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова УрО РАН, г. Архангельск, Россия; tarkse@yandex.ru*, aviatorov8@mail.ru, julja-a30@rambler.ru, aleksander.pakhoff@yandex.ru

Ключевые слова

ель, форма семенных чешуй, ель сибирская, Picea obovata Ledeb., ель гибридная с преобладанием признаков ели сибирской, хлорофилл, каротиноиды, Архангельская область, северная тайга, фотосинтетический пигментный комплекс, сезонная динамика показателей пигм

Для цитирования

Тарханов С.Н., Пинаевская Е.А., Аганина Ю.Е., Пахов А.С. Изменчивость фотосинтетического пигментного комплекса ели с разной формой семенных чешуй в северной подзоне тайги Архангельской области // Изв. вузов. Лесн. журн. 2026. № 4. С. 96–109. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-4-96-109

Литература

1. Бессчетнова Н.Н., Бессчетнов В.П., Ершов П.В. Генотипическая обусловленность пигментного состава хвои плюсовых деревьев ели европейской // Изв. вузов. Лесн. журн. 2019. № 1. С. 63–76. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.1.63

2. Есичев А.О. Корреляция признаков пигментного состава хвои представителей рода лиственница (Larix Mill.) в дендропарке Сергачского лесничества Нижегородской области // Изв. вузов. Лесн. журн. 2018. № 3. С. 43–53. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.3.43

3. Иванов Л.А., Ронжина Д.А., Юдина П.К., Золотарева Н.В., Калашникова И.В., Иванова Л.А. Сезонная динамика содержания хлорофиллов и каротиноидов в листьях степных и лесных растений на уровне вида и сообщества // Физиология растений. 2020. Т. 67, № 3. С. 278–288. https://doi.org/10.31857/S0015330320030112

4. Коренные еловые леса Севера: биоразнообразие, структура, функции / под ред. К.С. Бобковой, Э.П. Галенко. СПб.: Наука, 2006. 337 с. 

5. Коропачинский И.Ю., Потемкин О.Н., Рудиковский А.В., Кузнецова Е.В. Полиморфизм и структура популяций ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) на северном пределе распространения вида // Сиб. экол. журн. 2012. Т. 19, № 2. С. 175–184. 

6. 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, № 5. С. 672–681. 

7. 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. Т. 58, № 6. С. 866–874. https://doi.org/10.1134/S1021443711060148

8. Попов П.П. Ель европейская и сибирская: структура, интерградация и дифференциация популяционных систем. Новосибирск: Наука, 2005. 230 с. 

9. Попов П.П. Формовая структура и таксономическая принадлежность промежуточных популяций ели европейской и сибирской // Лесоведение. 2007. № 4. С. 59–67. 

10. Попов П.П. Фенотипическое разнообразие семенных чешуй северодвинских популяций ели и их таксономическая интерпретация // Ботанич. журн. 2010. Т. 95, № 5. С. 647–656. 

11. Попов П.П. Распространение особей промежуточной формы в популяциях елей европейской и сибирской // Сиб. лесн. журн. 2018. № 4. С. 13–19. https://doi.org/10.15372/SJFS20180402

12. Попов П.П., Казанцева М.Н., Арефьев С.П. Фенотипическая структура популяций ели на Европейском Севере России // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 2. С. 9–20. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-2-9-20

13. Правдин Л.Ф. Ель европейская и ель сибирская в СССР. М.: Наука, 1975. 178 с. 

14. Практикум по физиологии растений / под ред. Н.Н. Третьякова, Т.В. Карнауховой, Л.А. Паничкина, Н.В. Пильщиковой, В.Г. Земского, Л.В. Можаева, А.Е. Петрова-Спиридонова, Я.М. Геллермана, М.Н. Кондратьева, М.И. Калинкевич, Е.Е. Крастиной, К.И. Каменской. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1990. 271 с.

15. Придача В.Б., Туманик Н.В., Семин Д.Е. Влияние абиотических факторов на содержание азота, пигментный комплекс и параметры водного обмена хвои Pinus sylvestris (Pinaceae) на посттехногенных землях // Растит. ресурсы. 2024. Т. 60, № 3. С. 63–79. https://doi.org/10.31857/S0033994624030042

16. Розенцвет О.А., Шуйская Е.В., Богданова Е.С., Нестеров В.Н., Иванова Л.А. Структура хлоренхимы и липидный профиль мембран в листьях галофитов сем. Chenopodiaceae с разным типом фотосинтеза // Физиология растений. 2022. Т. 69, № 1. С. 68–79. https://doi.org/10.31857/S0015330322010171

17. Скляров Г.А., Шарова А.С. Почвы лесов Европейского Севера. М.: Наука, 1970. 271 с. 

18. 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. https://doi.org/10.7868/S001533031401014X

19. Тарханов С.Н. Популяционная изменчивость ели финской по форме семенных чешуй на севере Архангельской области // Лесоведение. 2019. № 3. С. 208–214. https://doi.org/10.1134/S0024114819020116

20. Титова М.С. Содержание фотосинтетических пигментов в хвое Picea abies и Picea koraiensis // Вестник ОГУ. 2010. № 12(118). С. 9–12. 

21. Тишкина Е.А., Семкина Л.А., Григорьев А.А. Экологическая пластичность пигментного комплекса хвои в горных и равнинных ценопопуляциях можжевельника обыкновенного // Лесоведение. 2021. Т. 4, № 4. С. 354–362. https://doi.org/10.31857/S0024114821040100

22. Тужилкина В.В. Фотосинтетические пигменты хвои ели сибирской в среднетаежных лесах Европейского Северо-Востока России // Сиб. лесн. журн. 2017. № 1. С. 65–73. https://doi.org/10.15372/SJFS20170107

23. 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, № 12. С. 1812–1820. 

24. Aguil S., Ahmad S.H., Reshi Z.Ah., Mahmooduzzafar N., Iqbal M. Physiological and Biochemical Response of Albizza lebbek (L.) Benth. to Coal Smoke Pollution. Pollution Research, 2003, vol. 22, no. 4, pp. 489–493.

25. Dall’Osto L., Lico C., Alric J., Giuliano G., Havaux M., Bassi R. Lutein is Needed for Efficient Chlorophyll Triplet Quenching in the Major LHCII Antenna Complex of Higher Plants and Effective Photoprotection in vivo under Strong Light. BMC Plant Biology, 2006, vol. 6, art. 32. https://doi.org/10.1186/1471-2229-6-32

26. Demmig-Adams B., Adams W.W., III. Photoprotection in an Ecological Context: The Remarkable Complexity of Thermal Energy Dissipation. New Phytologist, 2006, vol. 172, iss. 1, pp. 11–21. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2006.01835.x

27. Johnson M.P., Havaux M., Triantaphylides Ch., Ksas B., Pascal A.A., Robert B., et al. Elevated Zeaxanthin Bound to Oligomeric LHCII Enhances the Resistance of Arabidopsis to Photooxidative Stress by a Lipid Protective, Antioxidant Mechanism. Journal of Biological Chemistry, 2007, vol. 282, iss. 31, pp. 22605–22618. https://doi.org/10.1074/jbc.M702831200

28. Oquist G., Huner N.P.A. Photosynthesis of Overwintering Evergreen Plants. An¬nual Review of Plant Biology, 2003, vol. 54, pp. 329–355. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.54.072402.115741

29. Popov P.P. Form Structure and Geographic Differentiation of Spruce Populations in Northwestern Russia. Russian Journal of Ecology, 2010, vol. 41, no. 5, pp. 378–385. https://doi.org/10.1134/S1067413610050036

30. Sofronova V.E., Antal T.K., Dymova O.V., Golovko T.K. Photoprotective Mechanisms in Photosystem II of Ephedra monosperma During Development of Frost Tolerance. Russian Journal of Plant Physiology, 2014, vol. 61, no. 6, pp. 751–759. https://doi.org/10.1134/S1021443714060181

31. Sofronova V.E., Dymova O.V., Golovko T.K., Chepalov V.A., Petrov K.A. Adaptive Changes in Pigment Complex of Pinus sylvestris Needles upon Cold Acclimation. Russian Journal of Plant Physiology, 2016, vol. 63, no. 4, pp. 433–442. https://doi.org/10.1134/S1021443716040142

32. 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

Ссылка на английскую версию:

Variability of the Photosynthetic Pigment Complex in Spruce Trees with Different Seed Scale Shapes in the Northern Taiga of the Arkhangelsk Region. P. 96–109