Главная – Журналы – Сибирский лесной журнал 2017 номер 1

Исследовали образцы хвои из средней части кроны и соскоб прикамбиальной зоны, включающий клетки камбия и нелигнифицированные клетки ксилемы, с пяти стволов 15-летних деревьев из насаждения сосны обыкновенной Pinus sуlvestris L. зеленомошно-разнотравной группы типов леса на дерново-подзолистой почве в Красноярской лесостепи. Изучали термоустойчивость антиоксидантных ферментов: супероксиддисмутазы (СОД), пероксидазы, каталазы, глутатионредуктазы (ГР); ферментов углеводного и фенольного обмена: амилазы, инвертазы и фенилаланин-аммиак-лиазы (ФАЛ), участвующих в обеспечении ксилогенеза; и маркеров окислительного стресса: пероксида водорода и малонового диальдегида (МДА) в интервале температур 20-80 ^оС. Установлено, что положительный эффект от деятельности антиоксидантных ферментов в основном проявляется до 40 ^оС. С повышением температуры антиоксидантная защита ослабевает. Механизмы возникновения окислительного стресса в прикамбиальной зоне и в хвое в условиях пирогенного теплового шока различаются в связи с различной термостойкостью антиоксидантных ферментов в этих тканях. Наиболее чувствительна к повышению температуры каталаза как в прикамбиальной зоне, так и в хвое. В прикамбиальной зоне низкую устойчивость обнаруживают пероксидаза и ГР, тогда как СОД отличается более высоким уровнем термоустойчивости. В хвое, наоборот, пероксидаза и ГР обнаруживают высокую термоустойчивость, а СОД быстро снижает активность при повышении температуры. Амилаза, инвертаза и ФАЛ по термоустойчивости превосходят исследованные антиоксидантные ферменты, что позволяет после пирогенного теплового шока быстро восстановить углеводный и фенольный обмены для обеспечения ксилогенеза.

Изучали распределение активности пероксидазы (ПОД) в период активного камбиального роста у 8-летних деревьев обычной березы повислой Betula pendula Roth var. pendula и карельской березы B. pendula var. carelica (Mercklin) с проявившимися признаками структурных аномалий. На анализ отбирали листья с укороченных побегов (брахибластов) и удлиненных (ауксибластов), мелкие сосущие корни, из ствола березы препарировали ткани флоэмы и ксилемы. Установлено, что активность ПОД у B. pendula var. carelica выше, чем у B. pendula var. pendula. С увеличением степени узорчатости древесины у 8-летних растений карельской березы возрастает активность ПОД в ксилеме. Высказано предположение, что локальное нарушение камбиальной деятельности у карельской березы приводит к повышению в клетках активных форм кислорода, что сопровождается увеличением пероксидазной активности. Для выявления ответной реакции растений березы на избыток азотных удобрений изучали влияние нитратного азота на активность фермента. Определение активности ПОД в тканях ствола березы повислой в условиях увеличения азотного питания выполнено впервые. Внесение нитрата калия в почву привело к увеличению активности ПОД в тканях ствола только у карельской березы. У обычной березы повислой активность ПОД во флоэме и ксилеме под влиянием азотных удобрений не изменялась. В листовом аппарате экзогенные нитраты вызвали разнонаправленные изменения у двух форм березы: у var. pendula активность пероксидазы возрастала, а у var. carelica ее значения снижались.

The contents of ascorbate (AsA) and dehydroascorbate (DHA) and their ratio, showing cellular redox state of AsA, were studied in the cells of the separate tissues at different levels of Pinus sylvestris L . stem during early- and latewood formation. Morphological status of the cells in the tissues and the content of soluble carbohydrates were also estimated. The cellular redox potential of AsA has been found to depend on the type of tissue, cell development degree, the level of stem and the type of forming wood. The content of AsA and AsA/DHA ratio in the cells of non-conducting phloem along the stem were higher than in mature xylem and less during earlywood than latewood formation. The cells of conducting phloem and forming xylem, as the principal tissues taking part in annual ring wood formation, differed in the content of acids in the course of early and late xylem formation. Along the stem, the content of AsA decreased in conducting phloem cells and increased in the cells of forming xylem during both early- and latewood formation. The AsA/DHA of conducting phloem during earlywood formation was greatest below the stem and diminished to the top of the tree, while in the course of latewood development it was similar at all levels. In forming xylem AsA/DHA increased to the top of tree during the early xylem formation and decreased in late xylem that indicates the differences in oxidation-reduction reactions into the cells of two type of forming wood. The data are discussed according to morphological development of cells and the content of carbohydrates.

Одной из причин потери всхожести семенами пихты сибирской в процессе хранения является изменение фракционного состава азотистых соединений и особенно белковых фракций. В связи с этим рассмотрены изменения этих соединений в нежизнеспособных семенах пихты в зависимости от эколого-фитоценотических условий, степени роста и развития деревьев (I и IV классов Крафта), а также морфоструктуры кроны. Показано, что содержание общего и белкового азота в нежизнеспособных семенах деревьев пихты I и IV классов роста зависит от фитоценотических условий и положения семян в кроне и изменяется в широком диапазоне. При этом максимальное содержание общего и белкового азота отмечено в семенах с верхней части генеративной сферы деревьев пихты, тогда как в семенах со средней и нижней частей кроны оно значительно ниже. Среди отдельных фракций белков в семенах с верхней части кроны деревьев I и IV классов роста преобладает труднорастворимая. Однако в пределах генеративной сферы деревьев труднорастворимая фракция так же, как и проламины, изменялась неравномерно. Различия в содержании глютелинов в семенах из различных частей генеративной сферы незначительны. Отмечено равномерное снижение количества альбуминов и глобулинов от верхней к нижней части кроны. При сравнении содержания отдельных форм азота в жизне- и нежизнеспособных семенах установлено существенное снижение общего и белкового азота, особенно у деревьев IV класса роста. У потерявших всхожесть семян во всей генеративной части кроны наблюдаются увеличение труднорастворимой фракции белка и резкое снижение альбуминов и глобулинов. Количество же глютелинов и проламинов в них изменяется незначительно. Выявленные изменения в количественном соотношении отдельных фракций белков наряду с другими физиолого-биохимическими процессами являются одной из причин потери семенами пихты сибирской жизнеспособности при хранении.

Обобщены и проанализированы результаты долговременного (10-25 лет) мониторинга состояния сосновых лесов Южного Предбайкалья, подвергающихся влиянию техногенного загрязнения и высокой рекреационной нагрузки. Показано сходство стрессового воздействия обоих факторов на древостои, о чем свидетельствуют изменения морфометрических параметров ассимилирующей фитомассы, падение уровня фотосинтетических пигментов, а также нарушение элементного химического состава хвои: уровень дефолиации крон деревьев достигает 65-70 %, морфометрические параметры побегов и хвои уменьшаются в 1.3-4.5 раза в сравнении с фоновыми, сумма хлорофиллов при воздействии аэровыбросов снижается в 2.8-3.5 раза, уровень каротиноидов - максимально до 3.9 раза, при высокой рекреационной нагрузке содержание зеленых пигментов уменьшается в 1.9-5.7 раза, каротиноидов - до 5.5 раза по сравнению с фоновыми значениями. О нарушении баланса биогенных элементов в хвое деревьев сосны, произрастающих в стрессовых условиях, свидетельствуют увеличение доли азота и уменьшение - фосфора и калия в соотношении N : P : K. Динамика индекса жизненного состояния древостоев, рассчитанного на основе репрезентативных показателей, свидетельствует о его значительном снижении и выраженной тенденции к ухудшению состояния сосновых лесов на территориях, загрязняемых аэровыбросами Иркутского, Шелеховского и Усольско-Ангарского промцентров. Вблизи Черемховского и Саянско-Зиминского промцентров резких изменений в состоянии лесов не выявлено, преобладает средняя степень угнетения, на удалении 20 км - слабая. На территории с высокой рекреационной нагрузкой обнаружен четкий тренд в сторону ухудшения жизненного состояния древостоев сосны, наиболее явно выраженный в пос. Хужир (о-в Ольхон) и пос. Листвянка, где нарушенность почвенного покрова особенно высока. По полученным результатам составлена карта-схема, отражающая выявленные проблемные территории, на которых в современный период обнаружена достоверная тенденция к ухудшению жизненного состояния древостоев.

Построены линейные многомерные модели для описания суточной и сезонной динамики водного потенциала (Ψ) облиственных побегов растений рода Betula в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха в условиях средней тайги (Южная Карелия). Выявлены однонаправленные изменения, но разная степень влияния температуры и относительной влажности воздуха на Ψ облиственных побегов берез повислой Betula pendula Roth и карельской Betula pendula Roth var. carelica. Показано, что увеличение температуры окружающей среды на 1 °С приводит к одинаковому снижению величины Ψ на 0.037-0.038 МПа у обеих берез (p > 0.05). При суточном диапазоне температур, достигающем 10-15 °С, вклад этого фактора в изменение величины Ψ побегов берез может достигать 0.57 МПа. Однако величина относительной влажности воздуха по сравнению с температурой претерпевает за сутки большие изменения, диапазон которых может составлять до 30 % между предрассветными и полуденными значениями. Кроме того, вклад относительной влажности воздуха в формирование величины Ψ у разных форм берез значимо различается (p < 0.05). При этом изменение значений Ψ облиственных побегов берез повислой и карельской может составить 0.46 (0.015 МПа/1 % RH) и 0.52 МПа (0.017 МПа/1 % RH) соответственно. Полученные данные свидетельствуют о том, что береза карельская реагирует на увеличение относительной влажности воздуха большим увеличением Ψ по сравнению с березой повислой.

Исследованы сезонные изменения содержания и соотношения хлорофиллов, каротиноидов в хвое ели сибирской Picea obovata Ledeb., произрастающей в черничных, чернично- и долгомошно-сфагновых типах леса в подзоне средней тайги европейского Северо-Востока России. Установлено, что наибольшее количество хлорофиллов в хвое накапливается в конце лета и осенью, наименьшее - зимой и определяется лесорастительными и экологическими условиями. Выявлена функциональная перестройка пигментного аппарата у хвои в ельниках на болотно-подзолистых почвах. Показано влияние эдафических факторов среды на пигментный комплекс хвои ели. Переувлажнение почвы, наблюдаемое в отдельные периоды вегетации в заболоченных типах леса, приводит к подавлению синтеза пигментов в хвое. Выявлена линейная зависимость содержания хлорофиллов в хвое от температуры почвы в течение вегетации как в черничных, так и в заболоченных типах еловых сообществ. В течение вегетации фонд желтых пигментов в хвое ели подвержен меньшим колебаниям. Зимой отмечено увеличение относительного содержания каротиноидов, выполняющих защитную роль фотосинтетического аппарата от повреждения низкими температурами. Характер сезонной динамики каротиноидов в отличие от хлорофиллов у ели в еловых фитоценозах на автоморфных и на болотно-подзолистых почвах средней тайги идентичен. Хвоя ели сибирской характеризуется довольно стабильным накоплением фотосинтетических пигментов, относящихся к светособирающему комплексу.

The study was carried out on the industrial territory of Joint Stock Co. «Karelsky Okatysh» (Russia, Republic of Karelia, Kostomuksha). The species Salix schwerinii E. Wolf (Finland) was used as a phytoremediant and was cultivated on the contaminated territory of the mining enterprise - the tailing dump (the main pollutants being Ni and Fe). After one year, the willow plant samples were divided into two groups: healthy plants with higher biomass production (HBP) and suppressed plants with lower biomass production (LBP). The root system of HBP and LBP plants had no differences, but aboveground biomass was higher in HBP willow plants. The content of photosynthetic pigments was low in both groups of willows at (1.62 ± 0.10) mg/g wet weight. SLA index (specific leaf area) was 1.53 mm² mg^-1 and 1.21 mm² mg^-1 in HBP and LBP groups, correspondingly. About 50-90 % of Ni, Fe, Mn, Co, Cu, Cr were absorbed by the roots and leaves of willow. All of these elements accumulated in maximal amounts in the roots (70 %) of plants from the HBP group, while in the LBP group they accumulated mostly in leaves (70 %). Pb was deposited in the roots, leaves and bark (20-30 % for each structure), Cd, Zn - in the bark (50-60 %). According to the coefficient of biological absorption, heavy metals in the willow plants formed the following sequence: Zn (8) > Mn (6-8) > Cd (4-6) > Cu (4-5) > Pb (3) > Co (1) > Ni (0.6) = Cr (0.5-0.7) > Fe (0.2).

Приведены данные биотестирования пиносильвина (ПС) и его метилового эфира (МЭП), препаративно выделенных из покоящихся почек Alnus fruticosa (Rupr.). В качестве тест-объектов использовали отрезки колеоптилей пшеницы и водное растение Spirodela polyrhiza (L.) Schleid. ПС и МЭП в низких концентрациях слабо стимулировали рост пшеницы за 22 ч инкубации. При повышении концентраций до 10-15 мг/л колеоптили замедляли рост на 20-35 % в первые 3 ч инкубации, а за 22 ч - на 21-48 %. МЭП оказывал более сильное ростоингибирующее действие, чем ПС. Повышение концентрации ПС в инкубационной среде до 25 мг/л приводило к торможению роста колеоптилей на 61 % за 22 ч. При этой же концентрации МЭП тормозил рост на 67 % в первые 3 ч и полностью подавлял его с потерей тургора за 22 ч. В случае S. polyrhiza добавление ПС в питательную среду в концентрации 1 мг/л приводило к снижению его роста и развития на 40 % через 10 дней после начала опыта, а при более высокой концентрации (25-50 мг/л) полностью угнетало ростовой процесс. При выращивании S. polyrhiza в питательной среде с МЭП (0.01, 0.1, 1.0 мг/л) отмечена слабая стимуляция его роста и развития. В то же время в концентрации 10 мг/л МЭП приводил к пожелтению растений в течение первых двух суток. Из этих данных следует, что ПС и МЭП обладают высокой биологической активностью.

Оценена антимикробная активность летучих соединений хвои 23-летних клонов Pinus sylvestris L. методом «опарения» штриховых посевов микробных культур в чашках Петри. Исследования проведены 18 и 26 июля 2011 г. на трех тест-объектах - грамположительных бактериях Staphylococcus epidermidis, грамотрицательных бактериях Esсherichia coli и дрожжеподобных грибах Candida albicans. Оценка антимикробного действия сосны проводилась в сравнении с контролем по шкале фитонцидной активности в баллах от 0 (отсутствие эффекта) до 4 (сильный эффект). Средний балл фитонцидной активности клонов по отношению к отдельным тест-системам варьировал в пределах 0.00-3.00. Выявлены слабая дифференциация клонов сосны к Staphylococcus epidermidis и отсутствие достоверных межклоновых различий по воздействию эфирных масел сосны на остальные микробные тест-объекты. Частота парных сравнений, в которых обнаружены достоверные различия между клонами, составляет менее 5 % для S. epidermidis и около 1.5 % для всех тест-микробов. Наряду с этим прослеживались высокодостоверные эффекты времени проведения тестов (календарной даты), вида тест-объекта («патогена») и взаимодействия «дата тестирования - патогены» и «дата тестирования - клоны», на которые в 3-факторном дисперсионном анализе приходится около 23, 33 и 15 % соответственно. Наиболее вероятными причинами этого являются динамика состава летучих соединений хвои и взаимодействие генотип - среда, что должно стать объектом более пристальных исследований. Очень важным в этой связи является вопрос о сезоне, который оптимален для надежного выявления генотипов сосны, отличающихся максимальной фитонцидностью. Выявлена отрицательная межклоновая (генотипическая) корреляция между фитонцидностью сосны к S. epidermidis и к C. albicans. Возможно, это обусловлено обратно пропорциональной зависимостью между содержанием определенных компонентов в эфирных маслах, которые отвечают за ингибирование различных патогенных организмов. При анализе генетических особенностей протестированных клонов выделяются их совокупности, достоверно различающиеся, с одной стороны, по фитонцидности к стафилококку S. epidermidis, с другой - по индивидуальной гетерозиготности аллозимных локусов. Такого рода дифференциация генотипов отмечена впервые и также может быть в фокусе дальнейших исследований.

Изучена сезонная динамика содержания основных фотосинтетических пигментов (хлорофиллов a и b и каротиноидов) в листьях подроста осины Populus tremula при естественном возобновлении на зарастающем породном отвале отработанного угольного карьера. Исследование проводили подекадно в течение вегетационного периода 2015 г. (июнь-начало сентября) на территории отвала «Южный» угольного разреза «Кедровский» (Кемеровская обл.) и на ненарушенном участке. Содержание фотосинтетических пигментов определяли спектрофотометрически и рассчитывали на массу абсолютно сухих листьев, так как влажность листьев осины может существенно изменяться, искажая полученные результаты. Изменений характера видимого спектра поглощения ацетоновых экстрактов листьев осины, свидетельствующих о феофитинизации хлорофиллов, не обнаружено. Содержание пигментов, в особенности хлорофилла b, было выше преимущественно в контрольных образцах. Соотношение хлорофиллов a/b в листьях осины к концу сезона уменьшалось. Максимальные различия по соотношению содержания хлорофиллов a/b и хлорофиллов/каротиноидов между образцами отмечены в конце августа. Адаптация пигментного комплекса фотосинтетического аппарата осины к условиям зарастающего отвала осуществлялась за счет снижения суммарного содержания хлорофиллов и каротиноидов и доли хлорофилла b в составе фотосинтетических пигментов.