Свето-температурная характеристика сеянцев березы пушистой BETULA PUBESCENS (BETULACEAE)*

УДК

[58.036:581.08.132]:582.739

DOI:

Аннотация

Представители рода Betula являются одной из основных лесообразующих пород в РФ и занимают более половины всей площади, находящейся под лиственными древесными породами. В связи с тем, что береза дает высококачественное сырье для разных отраслей народного хозяйства, в первой половине ХХ в. началось целенаправленное изучение биологии ее развития. В настоящее время еще недостаточно исследованы вопросы экологии ее выращивания.

Поэтому в регулируемых условиях среды с помощью планируемого многофакторного эксперимента при трех уровнях температуры почвы (15, 20, и 25 °С) нами изучена свето-температурная характеристика двухлетних сеянцев березы пушистой. Показано, что экофизиологическая характеристика интактных растений зависит от всех исследуемых факторов внешней среды. Наибольшего потенциального максимума нетто-фотосинтеза сеянцы березы пушистой достигают при температуре почвы 15 °С, воздуха 26,3 °С и освещенности 57,3 клк и имеют широкий диапазон температурного (20,0...32,5 °С) и светового (41,3...73,2 клк) оптимума, обеспечивающего 90 %-й уровень нетто-фотосинтеза. Повышение температуры почвы до 20 °С и выше ведет к снижению потенциального уровня видимого фотосинтеза и сужению свето-температурного оптимума при естественном содержании в воздухе СО₂. С повышением температуры воздуха сеянцы березы достигают максимума нетто-фотосинтеза при более высокой освещенности.

Сведения об авторах

С.Н. Дроздов, д-р биол. наук, проф.

Е.С. Холопцева, канд. биол. наук, ст. науч. сотр.

Институт биологии Карельского научного центра Российской академии наук,
ул. Пушкинская, 11, г. Петрозаводск, Республика Карелия, Россия, 185610

E-mail: holoptseva@krc.karelia.ru

Т.А. Сазонова, д-р биол. наук, вед. науч. сотр.

Институт леса Карельского научного центра Российской академии наук,
ул. Пушкинская, 11, г. Петрозаводск, Республика Карелия, Россия, 185610

E-mail: alt86@rambler.ru

Ключевые слова

Betula pubescens Ehrh., многофакторный планируемый эксперимент, СО2-обмен, свето-температурная характеристика

Литература

1. Березина Н.А., Афанасьева Н.П. Экология растений. М.: Академия, 2009. 400 с.

2. Ветчинникова Л.В. Береза. Вопросы изменчивости. М.: Наука, 2004. 183 с.

3. Влияние охлаждения корней на устойчивость клеток листьев и активность фотосинтетического аппарата пшеницы / Ф.В. Венжик, А.Ф. Титов, В.В. Таланова, Е.А. Назаркина // Докл. РАН. 2009. № 3, вып. 427. С. 314–416.

4. Голикова Г.И., Панченко Л.А., Фридман М.З. Каталог планов второго порядка. М.: МГУ, 1974. Вып. 47, ч. 1. 383 c.

5. Горышина Т.К. Экология растений. М.: Высш. шк., 1979. 168 с.

6. Гроздова Н.Б. Березы. М.: Лесн. пром-сть, 1979. 67 с.

7. Дроздов С.Н., Курец В.К. Некоторые аспекты экологической физиологии растений. Петрозаводск, 2003. 172 с.

8. Ермаков В.И. Морфо-физиологические адаптации основных видов березы на Севере. Петрозаводск, 1975. С. 64–88.

9. Ермаков В.И. Механизмы адаптации березы к условиям Севера. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1986. 144 с.

10. Колмогорова Е.Ю., Кайдорина В.А., Неверов О.А. Морфофизиологическая оценка состояния березы повислой в условиях действия выбросов автотранспорта // Лесн. журн. 2012. № 2. С. 20–27. (Изв. высш. учеб. заведений).

11. Курец В.К., Попов Э.Г. Статистическое моделирование системы растение — среда. Л.: Наука, 1991. 152 с.

12. Лархер В. Экология растений. М.: Мир, 1978. 384 с.

13. Лисенков А.Н. Математические методы планирования многофакторных медико-биологических экспериментов. М.: Медицина, 1979. 344 с.

14. Малкина И.С., Цельникер Ю.Л., Якшина А.М. Фотосинтез и дыхание подроста. М.: Наука, 1970. 184 с.

15. Механизмы адаптации фотосинтетического аппарата к стрессовым воздействиям / Т.К. Головко, О.В. Дымова, Я.Н. Яцко, И.Г. Шахновский, И.В. Дальке, Г.И. Табаленкова // Устойчивость организмов к неблагоприятным факторам внешней среды: материалы Всерос. науч. конф. Иркутск, 2009. С. 89–92.

16. Мокроносов А.Т., Гавриленко В.Ф. Фотосинтез. Физиолого-экологические и биохимические аспекты. М.: МГУ, 1992. 320 с.

17. Суворова Г.Г. Фотосинтез хвойных деревьев в условиях Сибири. Новосибирск: Гео, 2009. 195 с.

18. Тооминг Х.Г. Солнечная радиация и формирование урожая. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 199 с.

19. Цельникер Ю.Л. Дыхание корней и их роль в углеродном балансе древостоя / Ю.Л. Цельникер, Л.С. Малкина, А.Г. Ковалев, С.Н. Чмора, В.В. Мамаев, А.Г. Молчанов // Лесоведение. 2005. № 6. С. 11–18.

20. Bennett J. Protein phosphorylation in green plant chloroplasts // Ann. Rev. Plant Rhysiol. 1991. Vol. 42. P. 281–311.

21. Powles S.B. Photoinhibition of photosynthesis induced by visible light // Ann. Rev. Plant Physiol. 1984. Vol. 35. P. 15–44.

22. Responses of silver saplings to low soil temperature / P.J. Aphalo, M. Lahti,
T. Lehto, T. Repo. A. Rummukainen, H. Mannerkoski, L. Finer // Silva Fennica. 2006. Vol. 40, N 3. P. 429–442.

23. Thе effect of temperature on cold and heat resistance of growing plants. Cold resistant species / S.N. Drozdov, A.V. Titov, N.I. Balagurova, S.P. Kritenko // Journal of Experimental Botany. 1984. Vol. 35, 180. P. 1603–1608.

24. Williams W.E., Gorton H.L., Witiak S.M. Chloroplast movements in the field // Plant, Cell and Environ. 2003. Vol. 26, N 12. P. 2005–2014.

Ссылка на английскую версию:

Light-Temperature Characteristics of Betula pubescens (Betulaceae) Seedlings

Light-Temperature Characteristics of Betula pubescens (Betulaceae) Seedlings

S.N. Drozdov, Doctor of Biology, Professor

E.S. Kholoptseva,Candidate of Biology, Senior Researcher

Institute of Biology, Karelian Research Centre, Russian Academy of Sciences,
Pushkinskaya, 11, Petrozavodsk, Russia, 185910

E-mail: holoptseva@krc.karelia.ru

T.A. Sazonova, Doctor of Biology, Leading Researcher

Forest Research Institute, Karelian Research Centre, Russian Academy of Sciences,
Pushkinskaya, 11, 185910, Petrozavodsk, Russia

E-mail: alt86@rambler.ru

Representatives of Betula are one of the main tree species within the Russian
Federation, occupying more than half of the total area of deciduous tree species. Due to the fact that birch provides high quality raw material for various sectors of the economy, the first half of the 20th century saw targeted studies of its developmental biology. As of today, however, its cultivation ecology has not been adequately investigated.

Therefore, we studied the light-temperature characteristics of two-year birch seedlings under controlled environmental conditions in a complex planned experiment with three
levels of soil temperature (15, 20 and 25°C). It was shown that the ecophysiological
characteristics of intact plants depend on all of the environmental factors under study. The greatest potential maximum of net photosynthesis in birch seedlings was reached at the soil temperature of 15 °C, air temperature 26.3°C and light 57.3 klx. In addition, the seedlings had wide temperature (20.0–32.5°C) and light (41.3–73.2 klx) ranges of optimum providing 90 % net photosynthesis. The soil temperature raised to 20°C and above leads to lower potential level of apparent photosynthesis and narrower light-temperature optimum at natural CO₂ levels in the air. With increased air temperature birch seedlings reach the maximum net photosynthesis at a brighter light.

Keywords: Betula pubescens Ehrh., multifactor planned experiment, CO₂ exchange,
light-temperature characteristics.

REFERENCES

1. Berezina N.A., Afanas'eva N.P. Ekologiya rasteniy [Plant Ecology]. Moscow, 2009. 400 p.

2. Vetchinnikova L.V. Bereza. Voprosy izmenchivosti [Birch. Variability Issues]. Moscow, 2004.183 p.

3. Venzhik F.V., Titov A.F., Talanova V.V., Nazarkina E.A. Vliyanie okhlazhdeniya korney na ustoychivost' kletok list'ev i aktivnost' fotosinteticheskogo apparata pshenitsy [Effect of Root Cooling on the Tolerance of Wheat Leaf Cells and Activity of the Photosynthetic Apparatus]. Doklady RAN, 2009, no. 3, iss. 427, pp. 314–416.

4. Golikova G.I., Panchenko L.A., Fridman M.Z. Katalog planov vtorogo poryadka [Catalog of Second-Order Designs]. Moscow, 1974, iss. 47, part 1. 383 p.

5. Goryshina T.K. Ekologiya rasteniy [Plant Ecology]. Moscow, 1979. 168 p.

6. Grozdova N.B. Berezy [Birch]. Moscow, 1979. 67 p.

7. Drozdov S.N., Kurets V.K. Nekotorye aspekty ekologicheskoy fiziologii rasteniy [Some Aspects of Environmental Physiology of Plants]. Petrozavodsk, 2003. 172 p.

8. Ermakov V.I. Morfo-fiziologicheskie adaptatsii osnovnykh vidov berezy na Severe [Morphological and Physiological Adaptation of the Main Birch Types in the North]. Petrozavodsk, 1975, pp. 64–88.

9. Ermakov V.I. Mekhanizmy adaptatsii berezy k usloviyam Severa [Mechanisms of Birch Adaptation to the Conditions of the North]. Leningrad, 1986. 144 p.

10. Kolmogorova E.Yu., Kaydorina V.A., Neverov O.A. Morfofiziologicheskaya otsenka sostoyaniya berezy povisloy v usloviyakh deystviya vybrosov avtotransporta [Morphophysiological Assessment Indices of the Woody Plants Sustainability and Pollution of Air in Kemerovo]. Lesnoy zhurnal, 2012, no. 2, pp. 20–27.

11. Kurets V.K., Popov E.G. Statisticheskoe modelirovanie sistemy rastenie – sreda [Statistical Modeling of the Plant – Environment System]. Leningrad, 1991. 152 p.

12. Larkher V. Ekologiya rasteniy [Plant Ecology]. Moscow, 1978. 384 p.

13. Lisenkov A.N. Matematicheskie metody planirovaniya mnogofaktornykh mediko-biologicheskikh eksperimentov [Mathematical Methods for Planning Multivariate Biomedical Experiments]. Moscow, 1979. 344 p.

14. Malkina I.S., Tsel'niker Yu.L., Yakshina A.M. Fotosintez i dykhanie podrosta [Photosynthesis and Undergrowth Respiration]. Moscow, 1970. 184 p.

15. Golovko T.K., Dymova O.V., Yatsko Ya.N., Shachnovski I.G., Dal'ke I.V., Tabalenkova G.I. Mekhanizmy adaptatsii fotosinteticheskogo apparata k stressovym vozdeystviyam [Mechanisms of Photosynthetic Apparatus Adaptation to Stress]. Ustoychivost' organizmov k neblagopriyatnym faktoram vneshney sredy: materialy Vseros. nauch. konf. [Resistance of Organisms to Adverse Environmental Factors: Proc. All-Russian Sci. Conf.]. Irkutsk, 2009, pp. 89–92.

16. Mokronosov A.T., Gavrilenko V.F. Fotosintez. Fiziologo-ekologicheskie i biokhimicheskie aspekty [Photosynthesis. Physiologocal, Ecological and Biochemical Aspects]. Moscow, 1992. 320 p.

17. Suvorova G.G. Fotosintez khvoynykh derev'ev v usloviyakh Sibiri [Photosynthesis of Conifers in Siberia]. Novosibirsk, 2009. 195 p.

18. Tooming Kh.G. Solnechnaya radiatsiya i formirovanie urozhaya [Solar Radiation and Yield Formation]. Leningrad, 1977. 199 p.

19. Tsel'niker Yu.L., Malkina L.S., Kovalev A.G., Chmora C.Y., Mamaev V.V., Molchanov A.G. Dykhanie korney i ikh rol' v uglerodnom balanse drevostoy [Respiration of Roots and Their Role in the Carbon Balance of Woody Plants]. Lesovedenie, 2005, no. 6, pp. 11–18.

20. Bennett J. Protein Phosphorylation in Green Plant Chloroplasts. Ann. Rev. Plant Physiol., 1991, vol. 42, pp. 281–311.

21. Powles S.B. Photoinhibition of Photosynthesis Induced by Visible Light. Ann. Rev. Plant Physiol., 1984, vol. 35, pp. 15–44.

22. Aphalo P.J., Lahti M., Lehto T., Repo T., Rummukainen A., Mannerkoski H., Finer L. Responses of Silver Saplings to Low Soil Temperature. Silva Fennica, 2006,
vol. 40, no. 3, pp. 429–442.

23. Drozdov S.N., Titov A.V., Balagurova N.I, Kritenko S.P. The Effect of Temperature on Cold and Heat Resistance of Growing Plants. II. Cold Resistant Species. Journal of Experimental Botany, 1984, vol. 35, 180, pp. 1603–1608.

24. Williams W.E., Gorton H.L., Witiak S.M. Chloroplast Movements in the Field. Plant, Cell and Environment, 2003, vol. 26, no.12 , pp. 2005–2014.