Влияние стрессовых воздействий на компонентный состав и строение древесины можжевельника

УДК

57.047+58.05+581.4

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2016.6.33

Аннотация

Изучено влияние абиотического стресса (зимней физиологической засухи) на образцы древесины можжевельника обыкновенного (Juniperus communis L.), произрастающего в субарктической зоне Российской Федерации. Установлено, что уже на ранних стадиях усыхания в древесине можжевельника происходит резкое снижение годичного прироста и ускорение процессов биосинтеза компонентов, выполняющих защитные функции. Содержание лигнина возрастает от 28,3 до 35,2 %. Скорость образования полисахаридной составляющей, напротив, заметно снижается. Из-за недостатка первичных компонентов возрастает вероятность процессов деструкции полисахаридов до углеводов. Изменение компонентного состава древесины приводит к нарушению термодинамической совместимости компонентов лигноуглеводной матрицы и формированию неустойчивой надмолекулярной структуры древесного вещества клеточной стенки. Древесное вещество, образованное в период стресса, характеризуется меньшей механической прочностью по сравнению со здоровой древесиной, что подтверждают проведенные микроскопические исследования. На сколах подверженной усыханию древесины можжевельника наблюдаются многочисленные трещины и разрушения некоторых оболочек клеточной стенки, а также коалесценция фрагментов деструкции последних на поверхности. На поперечных сколах усыхающей древесины отмечено расслоение вторичной стенки на отдельные слои   (S1, S2   и S3) и отсутствие третичной оболочки – бородавчатого слоя. Вышеперечисленные изменения структуры древесного вещества можжевельника наблюдаются уже на второй год усыхания, однако они характерны лишь для вновь образующейся древесной ткани и практически не затрагивают ядровую древесину.

Сведения об авторах

К.Г. Боголицын, д-р хим. наук, гл. науч. сотр. 

М.В. Сурсо, д-р с.-х. наук, ст. науч. сотр.

М.А. Гусакова, канд. техн. наук, зав. лаб.

И.Н. Зубов, канд. хим. наук, науч. сотр.

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики РАН, наб. Северной Двины, д. 23, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: zubov.ivan@bk.ru

Ключевые слова

можжевельник, абиотический стресс, зимняя физиологическая засуха, клеточная стенка, древесное вещество

Источник финансирования

Работа выполнена при финансовой поддержке ФАНО России в рамках темы (проекта) № 0410-2014-0029 «Физико-химические основы изучения основных закономерностей фундаментального цикла «строение–функциональная природа–свойства» природных полимерных матриц». Микроскопические эксперименты проведены в рамках проекта УрО РАН № 0410-2015-0021 «Новые подходы к комплексной оценке состояния и эволюции лесных и болотных экосистем западного сегмента Арктики». Исследования выполнены с использованием оборудования ЦКП КТ РФ-Арктика (ИЭПС, ИФПА УрО РАН) и ЦКП НО «Арктика» (САФУ) при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (Уникальный идентификатор работ RFMEFI59414X0004).

Для цитирования

Боголицын К.Г., Сурсо М.В., Гусакова М.А., Зубов И.Н. Влияние стрессовых воздействий на компонентный состав и строение древесины можжевельника // Лесн. журн. 2016. № 6. С. 33–41. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.6.33

Литература

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алехина Н.Д., Балнокин Ю.М., Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В., Мейчик Н.В., Носов А.М., Полесская О.Г., Харитоношвили Е.В., Чуб. В.В. Физиология растений / Под ред. И.П. Ермакова. М.: ИЦ «Академия», 2005. 635 с.

2. Генкель П А. Физиология жаро- и засухоустойчивости растений. М.: Наука,

1982. 280 c.

3. Неверова О.А. Применение фитоиндикации в оценке загрязнения окружаю- щей среды // Биосфера. 2009. Т. 1, № 1. С. 82–92.

4. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по хи- мии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 с.

5. Adams R.P. Juniperus of the World: The Genus Juniperus. Vancouver, 2008. 430 p.

6. Bogolitsyn, K.G., Zubov, I.N., Gusakova, M.A., Krasikova A.A., Chukhchin D.G. Juniper Wood Structure Under the Microscope. Planta, 2015, vol. 241, no. 5, pp. 1231–1239.

7. Fagerstedt K.V., Mellerowicz E., Gorshkova T., Ruel K., Joseleau J.-P. Cell Wall Polymers in Reaction Wood. The Biology of Reaction Wood. Springer Series in Wood Sci- ence. Ed. by B. Gardiner, J. Barnett, P. Saranpää, J. Gril. Berlin, 2014, pp. 37–106.

8. MacAdam J.N. Peroxidase Activity and Termination of Cell Elongation in Tall

Fescue Leat Blades. J. Cell. Biochem., 1993, suppl. 17A, p. 29.

Поступила 29.03.16

Ссылка на английскую версию:

The Influence of Stresses on the Component Composition and Structure of Juniper Wood

UDC 57.047+58.05+581.4

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.6.33

The Influence of Stresses on the Component Composition and Structure of Juniper Wood

K.G. Bogolitsyn, Doctor of Chemical Sciences, Chief Research Scientist M.V. Surso, Doctor of Agricultural Sciences, Senior Research Officer M.A. Gusakova, Candidate of Engineering Sciences, Chief of Laboratory I.N. Zubov, Candidate of Chemical Sciences, Research Officer

Federal Research Center for Integrated Study of the Arctic of the Russian Academy

of Sciences, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 23, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;

e-mail: zubov.ivan@bk.ru

The influence of abiotic stress on wood of common juniper (Juniperus communis L.) grown in the subarctic zone of the Russian Federation is studied in the paper. The sharp decrease of an- nual growth and the acceleration of biosynthesis processes of protective components take place in the early stages of juniper wood desiccation. The lignin content increases from

28.3 to 35.2 %. On the contrary, the rate of formation of the polysaccharide part is significant- ly reduced. Due to the lack of primary components the possibility of polysaccharide degradation to the carbohydrates increases. Changes of the component composition of wood lead to the destruction of the thermodynamic compatibility of components of lignin-carbohydrate matrix, and the formation of an unstable supramolecular structure of the wood substance of a cell wall. As a result, the wood substance formed in the stress period is characterized by the less mechanical strength compared with sound wood, which is proved by the microscop- ic investigation. We can observe a lot of cracks and destruction of some layers of a cell wall at the splits of damaged wood, as well as the coalescence of fragments of their destruction on the surface. Delamination of the secondary cell wall into the separate layers (S1, S2, S3) and the absence of a tertiary wall – a warty layer are observed on the cross-sectional split- ting of desiccated wood. The above-mentioned changes in the structure of the juniper wood substance are observed even in the second year of desiccation, but they are typical only for the newly formed wood substance and do not affect heartwood.

Keywords: juniper, abiotic stress, winter physiological drought, cell wall, wood substance.

REFERENCES

1. Alekhina N.D., Balnokin Yu.M., Gavrilenko V.F., Zhigalova T.V., Meychik N.V., Nosov A.M., Polesskaya O.G., Kharitonoshvili E.V., Chub V.V. Fiziologiya rasteniy [Plant Physiology]. Ed. by I.P. Ermakov. Moscow, 2005. 635 p.

2. Genkel' P.A. Fiziologiya zharo- i zasukhoustoychivosti rasteniy [Physiology of

Heat- and Drought Resistance of Plants]. Moscow, 1982. 280 p.

3. Neverova O.A. Primenenie fitoindikatsii v otsenke zagryazneniya okruzhayush- chey sredy [Application of Phytoindication in the Estimation of Environmental Pollution]. Biosfera [Biosphere], 2009, vol. 1, no. 1, pp. 82–92.

4. Obolenskaya A.V., El'nitskaya Z.P., Leonovich A.A. Laboratornye raboty  po khimii drevesiny i tsellyulozy [Laboratory Works on Chemistry of Wood and Cellulose]. Moscow, 1991. 320 p.

5. Adams R.P. Juniperus of the World: The Genus Juniperus. Vancouver, 2008. 430 p.

6. Bogolitsyn, K.G., Zubov, I.N., Gusakova, M.A., Krasikova A.A., Chukhchin D.G. Juniper Wood Structure Under the Microscope. Planta, 2015, vol. 241, no. 5, pp. 1231–1239.

7. Fagerstedt K.V., Mellerowicz E., Gorshkova T., Ruel K., Joseleau J.-P. Cell Wall Polymers in Reaction Wood. The Biology of Reaction Wood. Springer Series in Wood Sci- ence. Ed. by B. Gardiner, J. Barnett, P. Saranpää, J. Gril. Berlin, 2014, pp. 37–106.

8. MacAdam J.N. Peroxidase Activity and Termination of Cell Elongation in Tall

Fescue Leat Blades. J. Cell. Biochem., 1993, suppl. 17A, p. 29.

Received on March 29, 2016