Особенности адаптивных реакций <i>Betula pendula </i>Roth, произрастающей в условиях породного отвала Кедровского угольного разреза

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2017; : 183-195

Особенности адаптивных реакций Betula pendula Roth, произрастающей в условиях породного отвала Кедровского угольного разреза

Цандекова О. Л., Колмогорова Е. Ю.

https://doi.org/10.17223/19988591/38/11

Аннотация

Проведен комплекс различных методов диагностики листьев B. pendula на территории породного отвала угольного разреза «Кедровский». Выявлены некоторые особенности адаптивных реакций березы повислой, в том числе изменения водного режима деревьев, в сторону повышения водоудерживающей способности (до 56,5%) и снижения суточных потерь (до 19,8%). В листьях B. pendula установлено увеличение содержания пролина, сахаров и фенольных соединений, но снижение содержания аскорбиновой кислоты. Наименьший размах варьирования у исследуемых растений выявлен по содержанию фенольных соединений и водоудерживающей способности. Совокупный анализ характеристик водного режима и биохимических показателей у березы свидетельствует о взаимной обусловленности этих параметров. Выявленные перестройки в механизмах водного гомеостаза и функционировании антиоксидантной системы B. pendula позволяют рассматривать их как приспособительные и защитные реакции, направленные на ее выживание в условиях породного отвала. Исследуемые показатели можно использовать в биоиндикации и для оценки состояния древесных растений на техногенно нарушенных территориях.

Список литературы

1. Куприянов А.Н., Манаков Ю.А., Лазарев К.С. Натурализация древесных растений на отвалах горных пород Кузбасса // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2011. № 9. С. 130-133.

2. Павлов И.Н. Древесные растения в условиях техногенного загрязнения. Улан-Удэ : БНЦ СО РАН, 2006. 359 с.

3. Маракаев О.А., Смирнова Н.С., Загоскина Н.В. Техногенный стресс и его влияние на лиственные древесные растения (на примере парков г. Ярославля) // Экология. 2006. № 6. С. 410-415.

4. Мигалина С.В., Иванова Л.А., Махнев А.К. Изменение морфологии листа Betula pendula Roth и B. pubescens Ehrh. вдоль зонально-климатической трансекты Урала и Западной Сибири // Экология. 2010. № 4. С. 257-265.

5. Kozlov M.V., Wilsey B.J., Koricheva J., Haukioja E. Fluctuation asymmetry of birch leaves increases under pollution impact // Journal of Applied Ecology. 1996. Vol. 33, № 6. PP. 1489-1495. doi: 10.2307/240478

6. Иванов В.П., Иванов Ю.В., Марченко С.И., Кузнецов Вл.В. Использование индексов флуктуирующей асимметрии листа березы повислой для диагностики состояния фитоценозов в условиях техногенного загрязнения // Физиология растений. 2015. Т. 62, № 3. С. 368-377.

7. Hagen S.B., Ims R.A., Yoccoz N.G., Sorlibraten O. Fluctuating asymmetry as an indicator of elevation stress and distribution limits in mountain birch (Betula pubescens) // Plant Ecology. 2008. Vol. 195, № 2. PP. 157-163. doi:10.1007/s11258-007-9312-y

8. Цандекова О.Л., Неверова О.А. Влияние выбросов автотранспорта на пигментный комплекс листьев древесных растений // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. Т. 12, № 1-3. С. 853-856.

9. Scoffoni C., Vuong C., Diep S., Cochard H., Sack L. Leaf shrinkage with dehydration: coordination with hydraulic vulnerability and drought tolerance // Plant Physiology. 2014. Vol. 164. РЕ 1772-1788.

10. Сазонова Т.А., Позднякова С.В., Придача В.Б. Особенности водного режима Betula pendula (Betulaceae) с нормальной и аномальной древесиной ствола в онтогенезе // Ботанический журнал. 2012. № 11. С. 1435-1447.

11. Гиниятуллин Р.Х., Кулагин А.Ю. Водный дефицит древесных растений в различных экологических условиях // Известия Саратовского университета. Новая серия. Сер. Химия, биология, экология. 2015. Т. 15, № 3. С. 57-64.

12. Амосова И.Б., Феклистов П.А. Распределение влаги по сечению ствола в древесине березы повислой // Лесной вестник. 2010. № 3 (72). С. 97-100.

13. Беляева Ю.В. Результаты исследования водоудерживающей способности листовых пластинок Betula pendula Roth., произрастающей в условиях антропогенного воздействия (на примере г. Тольятти) // Известия Самарского научного центра РАН. 2014. Т. 16, № 5 (5). С. 1654-1659.

14. Сунцова Л.Н., Иншаков Е.М., Козик Е.В. Оценка состояния городской среды методом фитоиндикации (на примере г. Красноярска) // Лесной журнал. 2011. № 4. С. 29-32.

15. Чукина Н.В., Филимонова Е.И., Файрузова А.И., Борисова Г.Г. Морфофизиологические особенности листьев Betula pendula Roth на золоотвалах Cреднего Урала // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Биологические науки. 2016. № 6 (159). С. 68-75.

16. Малый практикум по физиологии растений / под ред. А.Т. Мокроносова. М. : МГУ, 1994. 184 с.

17. Неверова О.А. Практикум по биохимии. Кемерово : КемТИПП, 2005. 69 с.

18. Коренская И.М., Ивановская Н.П., Измалкова И.Е. Лекарственные растения и лекарственное растительное сырье, содержащие антраценпроизводные, простые фенолы, лигнаны, дубильные вещества. Воронеж : Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2007. С. 50-51.

19. Bates L.E., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water stress studies // Plant Soil. 1973. Vol. 39. PP. 205-207.

20. Воскресенская О.Л., Алябышева Е.А., Половникова М.Г. Большой практикум по биоэкологии : учеб. пособие. Йошкар-Ола : Изд-во Марийск. гос. ун-та, 2006. С. 6667.

21. Филипцова Г.Г., Смолич И.И. Биохимия растений : метод. рекомендации. Минск : БГУ, 2004. С. 6-7.

22. Чудинова Л.А., Орлова Н.В. Физиология устойчивости растений. Пермь : Перм. гос. ун-т, 2006. 124 с.

23. Яковец О.Г. Фитофизиология стресса. Минск : БГУ, 2009. 101 с.

24. Baena G.E., Rolland F., Thevelein J.M., Sheen J. A central integrator of transcription network in plant stress and energy signaling // Nature. 2007. Vol. 448. PP. 938-942.

25. Milyutina I.L., Sudachkova N.E., Romanova L.I. Response of the antioxidant system of light-demanding and shade-bearing pine species to phytocenotic stress // Contemporary Problems of Ecology. 2013. Vol. 6, № 2. PP. 149-155. doi: 10.1134/S199542551302011X

26. Verbruggen N., Hermans C. Proline accumulation in plants : a review // Amino Acids. 2008. № 35. PP. 753-759. doi: 10.1007/s00726-008-0061-6

27. Колмогорова Е.Ю., Неверова О.А. Влияние некоторых компонентов антиоксидантной системы на устойчивость древесных растений, произрастающих в условиях породного отвала угольного разреза // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2015. № 9 (131). С. 61-65.

28. Гарифзянов А.Р., Иванищев В.В., Музафаров Е.Н. Оценка устойчивости Betula pendula Roth при произрастании на техногенно загрязненных территориях // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. 2011. № 2. С. 315-324.

29. Баландайкин М.Э. Коррелирование содержания аскорбиновой кислоты в ассимиляционном аппарате Betula pendula Roth. с действием патологического агента // Химия растительного сырья. 2014. № 1. С. 153-157.

Tomsk State University Journal of Biology. 2017; : 183-195

Peculiarities of adaptive responses in Betula pendula Roth, growing in the waste dump of the Kedrovsky coal mine

Tsandekova O. L., Kolmogorova E. Yu.

https://doi.org/10.17223/19988591/38/11

Abstract

The majority of publications are devoted to the study of adaptive reactions in Betula pendula under technogenic pollution of the urban environment, but there are few works on structural and functional parameters on poor substrates, including dumps. The aim of the research was to reveal the peculiarities of B. pendula adaptive reactions in the waste dump of the Kedrovsky coal mine. The object of research was Betula pendula, which grows in various ecological conditions on the territory of the waste dump of the Kedrovsky coal mine, which is located 25 km to the north of Kemerovo (56°32'52''N, 86°05'54''E). The age of the trees was 25-30 years; bonitet class II with density 0.3-0.5. We conducted the experiment in 2013-2016 at two observation sites (OS): 1 - control - a site situated 5 km from the waste dump with a phytocenosis similar in composition; 2 - experiment - a planned waste dump with a formed phytocenosis of natural origin. According to agrochemical properties, embryozems of all OS were characterized by a high content of exchange potassium (100...240 mg/kg) and low content of mobile phosphorus (10...50 mg/kg). In embryozems of OS 1, in comparison with OS 2, we revealed a low content of nitrate nitrogen (3.6.6.0 mg/kg).The analysis of the content of mobile forms of heavy metals (Pb, Cd, Cu, Zn, Mn, Ni, Co, Fe, Cr) did not show an excess of the existing MPC. We collected the material during the growing season (June-August). For the study, we sampled leaves from ten model trees of a satisfactory vital state (from 10 branches of the lower third along the crown perimeter) in each study area. We selected birch leaves with a completely unfolded leaf plate without visible signs of damage from 9 to 10 h by means of a pole pruner. We studied water relationship indicators according to a generally accepted methodology. The daily loss was calculated as the difference in the weight of the leaves at the beginning of the experiment and in the weight of the sample in a day in percent, the water retention capacity as the difference between the water cut and the daily losses. We determined the ascorbic acid content by the titrimetric method using 2.6-dichlorophenolindophenol sodium; phenolic compounds-by the Leventhal-Neubauer method; the content of free proline - by the method of Bates with co-authors in Voskresenskaya's modification using an acidic ninhydrin reagent; sugars - by the methods of Filiptsova and Smolich. A cumulative analysis of the characteristics of the water regime and biochemical indicators in the birch demonstrates mutual conditioning of these parameters. In the course of the experiment, we revealed some peculiarities of B. pendula adaptive reactions, including changes in water relationships of trees, in the direction of increasing water retention capacity (up to 56.5%) and a decrease in daily losses (up to 19.8%) (See Fig. 1). On the planned dump in the test samples, the sugar content exceeded the control by an average of 9%, and the proline amino acid-by 41% (See Fig. 2). In the leaves of B. pendula, the content of phenolic compounds increased throughout the whole period of observations. The greatest differences in this indicator were registered in July and exceeded control values by 14%. In June, the studied plants showed a maximum decrease (by 30%) in ascorbic acid, compared to control. The smallest range of variation in the investigated plants was detected by the content of phenolic compounds (17-19%) and water retention capacity (11%) (See Fig. 3). The revealed changes in the mechanisms of water homeostasis and the functioning of the antioxidant system of B. pendula allow us to consider them as adaptive and protective reactions aimed at its survival in the waste dump. The investigated indicators can be used in bioindication and for assessing the condition of woody plants in technogenically disturbed territories. The article contains 3 Figures, 29 References.

References

1. Kupriyanov A.N., Manakov Yu.A., Lazarev K.S. Naturalizatsiya drevesnykh rastenii na otvalakh gornykh porod Kuzbassa // Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2011. № 9. S. 130-133.

2. Pavlov I.N. Drevesnye rasteniya v usloviyakh tekhnogennogo zagryazneniya. Ulan-Ude : BNTs SO RAN, 2006. 359 s.

3. Marakaev O.A., Smirnova N.S., Zagoskina N.V. Tekhnogennyi stress i ego vliyanie na listvennye drevesnye rasteniya (na primere parkov g. Yaroslavlya) // Ekologiya. 2006. № 6. S. 410-415.

4. Migalina S.V., Ivanova L.A., Makhnev A.K. Izmenenie morfologii lista Betula pendula Roth i B. pubescens Ehrh. vdol' zonal'no-klimaticheskoi transekty Urala i Zapadnoi Sibiri // Ekologiya. 2010. № 4. S. 257-265.

6. Ivanov V.P., Ivanov Yu.V., Marchenko S.I., Kuznetsov Vl.V. Ispol'zovanie indeksov fluktuiruyushchei asimmetrii lista berezy povisloi dlya diagnostiki sostoyaniya fitotsenozov v usloviyakh tekhnogennogo zagryazneniya // Fiziologiya rastenii. 2015. T. 62, № 3. S. 368-377.

8. Tsandekova O.L., Neverova O.A. Vliyanie vybrosov avtotransporta na pigmentnyi kompleks list'ev drevesnykh rastenii // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN. 2010. T. 12, № 1-3. S. 853-856.

10. Sazonova T.A., Pozdnyakova S.V., Pridacha V.B. Osobennosti vodnogo rezhima Betula pendula (Betulaceae) s normal'noi i anomal'noi drevesinoi stvola v ontogeneze // Botanicheskii zhurnal. 2012. № 11. S. 1435-1447.

11. Giniyatullin R.Kh., Kulagin A.Yu. Vodnyi defitsit drevesnykh rastenii v razlichnykh ekologicheskikh usloviyakh // Izvestiya Saratovskogo universiteta. Novaya seriya. Ser. Khimiya, biologiya, ekologiya. 2015. T. 15, № 3. S. 57-64.

12. Amosova I.B., Feklistov P.A. Raspredelenie vlagi po secheniyu stvola v drevesine berezy povisloi // Lesnoi vestnik. 2010. № 3 (72). S. 97-100.

13. Belyaeva Yu.V. Rezul'taty issledovaniya vodouderzhivayushchei sposobnosti listovykh plastinok Betula pendula Roth., proizrastayushchei v usloviyakh antropogennogo vozdeistviya (na primere g. Tol'yatti) // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN. 2014. T. 16, № 5 (5). S. 1654-1659.

14. Suntsova L.N., Inshakov E.M., Kozik E.V. Otsenka sostoyaniya gorodskoi sredy metodom fitoindikatsii (na primere g. Krasnoyarska) // Lesnoi zhurnal. 2011. № 4. S. 29-32.

15. Chukina N.V., Filimonova E.I., Fairuzova A.I., Borisova G.G. Morfofiziologicheskie osobennosti list'ev Betula pendula Roth na zolootvalakh Crednego Urala // Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologicheskie nauki. 2016. № 6 (159). S. 68-75.

16. Malyi praktikum po fiziologii rastenii / pod red. A.T. Mokronosova. M. : MGU, 1994. 184 s.

17. Neverova O.A. Praktikum po biokhimii. Kemerovo : KemTIPP, 2005. 69 s.

18. Korenskaya I.M., Ivanovskaya N.P., Izmalkova I.E. Lekarstvennye rasteniya i lekarstvennoe rastitel'noe syr'e, soderzhashchie antratsenproizvodnye, prostye fenoly, lignany, dubil'nye veshchestva. Voronezh : Izd-vo Voronezh. gos. un-ta, 2007. S. 50-51.

19. Bates L.E., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water stress studies // Plant Soil. 1973. Vol. 39. PP. 205-207.

20. Voskresenskaya O.L., Alyabysheva E.A., Polovnikova M.G. Bol'shoi praktikum po bioekologii : ucheb. posobie. Ioshkar-Ola : Izd-vo Mariisk. gos. un-ta, 2006. S. 6667.

21. Filiptsova G.G., Smolich I.I. Biokhimiya rastenii : metod. rekomendatsii. Minsk : BGU, 2004. S. 6-7.

22. Chudinova L.A., Orlova N.V. Fiziologiya ustoichivosti rastenii. Perm' : Perm. gos. un-t, 2006. 124 s.

23. Yakovets O.G. Fitofiziologiya stressa. Minsk : BGU, 2009. 101 s.

24. Baena G.E., Rolland F., Thevelein J.M., Sheen J. A central integrator of transcription network in plant stress and energy signaling // Nature. 2007. Vol. 448. PP. 938-942.

26. Verbruggen N., Hermans C. Proline accumulation in plants : a review // Amino Acids. 2008. № 35. PP. 753-759. doi: 10.1007/s00726-008-0061-6

27. Kolmogorova E.Yu., Neverova O.A. Vliyanie nekotorykh komponentov antioksidantnoi sistemy na ustoichivost' drevesnykh rastenii, proizrastayushchikh v usloviyakh porodnogo otvala ugol'nogo razreza // Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015. № 9 (131). S. 61-65.

28. Garifzyanov A.R., Ivanishchev V.V., Muzafarov E.N. Otsenka ustoichivosti Betula pendula Roth pri proizrastanii na tekhnogenno zagryaznennykh territoriyakh // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Estestvennye nauki. 2011. № 2. S. 315-324.

29. Balandaikin M.E. Korrelirovanie soderzhaniya askorbinovoi kisloty v assimilyatsionnom apparate Betula pendula Roth. s deistviem patologicheskogo agenta // Khimiya rastitel'nogo syr'ya. 2014. № 1. S. 153-157.

Особенности адаптивных реакций Betula pendula Roth, произрастающей в условиях породного отвала Кедровского угольного разреза

Аннотация

Peculiarities of adaptive responses in Betula pendula Roth, growing in the waste dump of the Kedrovsky coal mine

Abstract

События