Поливариантность репродуктивного развития Betula czerepanovii Orlova в условиях техногенного стресса
https://doi.org/10.31242/2618-9712-2021-26-3-100-111
Аннотация
В статье представлены результаты исследований репродуктивного развития Betula czerepanovii Orlova (береза Черепанова) в импактной зоне комбината «Североникель» Мурманской области. Методом атомно-адсорбционной спектроскопии определено содержание тяжелых металлов (Ni, Cu, Pb, Cd) в почвах пробных площадок, расположенных по градиенту загрязнения. Показано, что ингибирование репродукции берез наблюдается только в непосредственной близости к комбинату (3 км) на техногенной пустоши, где в почвах выявлены очень высокие концентрации никеля (795 мг/кг) и меди (149 мг/кг). Получены значимые коэффициенты корреляции между содержанием никеля в почвах и числом мужских и женских сережек B. czerepanovii. Показано, что в условиях хронического загрязнения среды тяжелыми металлами у берез образуется больше женских соцветий, чем мужских. На всех пробных площадках у части деревьев (20–40 %) выявлен переход от однодомности к двудомности, когда у особей развивается очень большое количество только мужских или женских соцветий. В зоне техногенного редколесья (8 км от комбината) и дефолиирующих лесов (20–30 км), при снижении содержания никеля в почвах до нескольких ПДК, ценопопуляции czerepanovii адаптированы к загрязнению. Показано, что береза Черепанова является металлоустойчивым видом. Высказана гипотеза поливариантности развития в условиях промышленного загрязнения.
Ключевые слова
Об авторе
Н. В. Василевская
Мурманский арктический государственный университет
Россия
Россия
ВАСИЛЕВСКАЯ Наталья Владимировна, доктор биологических наук, профессор
183038, Мурманск, ул. Капитана Егорова, 15
Список литературы
1. Шадрина Е.Г., Вольперт Я.Л. Нарушения стабильности развития организма как результат пессимизации среды при техногенной трансформации природных ландшафтов // Онтогенез. 2014. Т. 45, № 3. С. 151–161. DOI: 10.7868/S0475145014030057
2. Kozlov M.V. Pollution resistance of mountain birch Betula pubescens subsp. czerepanovii near the coppernickel smelter: natural selection or phenotypic acclimation // Chemosphere. 2005. Vol. 59. P. 189–197. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2004.11.010
3. Kozlov M.V., Haukioja E. Performance of birch seedlings replanted in heavily polluted industrial barrens of the Kola peninsula, Nortwest Russia // Restoration Ecology. 1999. Vol. 7. P. 145–154. DOI: 10.1046/j.1526-100X.1999.72005.x
4. Zvereva E.L., Kozlov M.V. Effects of pollution-induced habitat disturbance on the response of willows to simulated herbivory // Journal of Ecology. 2001. Vol. 89. P. 21–30. DOI: 10.1046/j.1365-2745.2001.00509.x
5. Черненькова Т.В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение. М.: Наука, 2002. 191 с.
6. Kozlov M.V., Zvereva E.L. Reproduction of mountain birch along a strong pollution gradient near Monchegorsk, Northwestern Russia // Environmental Pollution. 2004. Vol. 132. P. 443–451. DOI: 10.1016/j.envpol.2004.05.018
7. Жиров В.К., Голубева Е.И., Говорова А.Ф., Хаитбаев А.Х. Структурно-функциональные изменения растительности в условиях техногенного загрязнения на Крайнем Севере. М.: Наука, 2007. 162 с.
8. Eranen J.K. Rapid evolution towards heavy metal resistance by mountain birch around two subarctic copper – nickel smelters // Journal of Evolutionary Biology. 2008. Vol. 21. P. 492–501. DOI: 10.1111/j.1420-9101.2007.01491.x
9. Лянгузова И.В., Мазная Е.А. Динамические тренды популяций Vaccinium myrtillus L. в зоне воздействия медно-никелевого комбината: результаты 20-летнего мониторинга // Экология. 2012. № 4. С. 261–269.
10. Василевская Н.В., Лукина Ю.М. Рост и развитие древесных растений в условиях техногенного загрязнения. Биомониторинг техногенной среды. Saarbrucken: Lambert Academic press, 2012. 173 c.
11. Василевская Н.В., Сидорчук А.В. Воздействие промышленного загрязнения комбината «Печенганикель» на динамику роста Sorbus gorodkovii Pojark //Ученые записки Петрозаводского университета. 2018. № 3. С. 28–35.
12. Дуля О.В. Эколого-генетические механизмы устойчивости травянистых растений к промышленному загрязнению Екатеринбурга: Дис. … канд. биол. наук. Екатеринбург, 2015. 212 с.
13. Macnair M.R. The evolution of plants in metalcontaminated environments // Environmental Stress, Adaptation and Evolution / eds. Bijlsma R., Loeschcke V. Basel: Verlag, 1997. P. 3–24.
14. Turner A.P. The responses of plants to heavy metals // Toxic Metals in Soil-Plant Systems/ eds. Ross S. M. Chichester: John Wiley & Sons, 1994. P. 153–187.
15. Kozlov M.V., Zvereva E.L. Does impact of point polluters affect growth and reproduction of herbaceous plants // Water Air Soil Pollution. 2007. Vol. 186. P. 183–194. DOI: 10.1007/s11270-007-9476-z
16. Eranen J.K., Nilsen J., Zverev V.E., Kozlоv M.V. Mountain birch under multiple stressors – heavy metalresistant populations co-resistant to biotic stress but maladapted to abiotic stress // Journal of Evolutionary Biology. 2009. Vol. 22. P. 840–851. DOI: 10.1111/j.1420-9101.2009.01684.x
17. Mengoni A., Gonelli C., Hakvoort H.W.Z., Bazzicalupo M., Gabrielli R., Schat H. Evolution of copper tolerance and increased expression of a 2 h – type – metallothionein gene in Silene paradoxa L. populations // Plant and Soil. 2003. Vol. 254, No. 2. P. 451–457.
18. Utriainen M.A., Karenlampi L.V., Karenlampi S.O., Schat H. Differential tolerance to copper and zinc of micropropagated birches tested in hydroponics // New Phytologist. 1997. Vol. 137. P. 543–549. DOI: 10.1046/j.1469-8137.1997.00840.x
19. Алексеев А.С., Мельничук И.А., Трубачева Т.А., Пименов К.А., Крюковский А.С. Проблемы озеленения п. Никель Мурманской области // Лесной вестник. 2010. № 1. С. 41–48.
20. Davies A. A., Perkins W. F., Bowell R. Geochemical assessment of mine waste cover performance post reclamation at Park mine, Worth Wales // Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis. 2016. Vol. 16. No 2. Р. 127–136. DOI: 10.1144/geochem2014-320
21. Howland D.E., Oliver R.P., Davy A.J. Morphological and molecular variation in natural populations of Betula // New Phytologist. 1995. Vol. 130. P. 117–124. DOI:10.1111/j.1469-8137.1995.tb01821.x
22. Grime J.P. Plant Strategies, Vegetation Processes and Ecosystem Properties / New York: John Wiley, 2006. 456 p.
23. Hemborg A.M., Karlsson P.S. Somatic costs of reproduction in eight subarctic plant species // Oikos. 1998. Vol. 82. P. 149–157. DOI:10.2307/3546925
24. Gardiner A.S. Taxonomy of infraspecific variation in Betula pubescens Ehrh., with particular reference to the Scottish Highlands // Proceedings of the Royal Society of Edinburgh. Section B. Biological Sciences. 1984. Vol. 85. Iss. 1-2. P. 13–26.
25. Ермаков В.И. Механизмы адаптации березы к условиям Севера. Л.: Наука, 1986. 144 с.
26. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств.СПб.,Мир и семья. 1995. 990 с.
27. Ruohomaki K., Haukioja E., Repka S., Lehtila K. Leaf value: effect of damage to individual leaves on growth and reproduction of mountain birch shoots // Ecology. 1997. V. 78. P. 2105–2117.
28. Valkama J., Kozlov M.V. Variation in fluctuating asymmetry of mountain birch: is cold spring more stressful than pollution? // Journal of Applied Ecology. 2001. Vol. 38. P. 665–673.
29. Palme A.E. Evolutionary history and chloroplast DNA variation in plant genera: Betula, Corrylis & Salix. Upsala: Acta Universityes Upsaliensis, 2003. 50 p.
30. Коропачинский Ю.И. Естественная гибридизация и проблемы гибридизации берез Северной Азии // Сибирский экологический журнал. 2013. № 4. С. 459–479.
31. Nordic mountain birch ecosystems. Man and the biosphere/ ed. Wiegolaski F. E. Series 27. New York: The Parthenon Publishing Group, 2001.
32. Henriksson J., Ruohomäki K. Assessing costs of reproduction in mountain birch: the Importance of considering the modular level // Annals of Botany. 2000. Vol. 86. P. 503–510. DOI:10.1006/anbo.2000.1206
33. Poznyakov V.Y. The Severonikel smelter complex: history of development // Aeriyal pollution in the Kola Peninsula. Proceedings of the International workshop. Apatity, 1993. P. 16–20.
34. Evdokimova G.A., Mozgova N.P. Soil contamination by heavy metals in surroundings of Monchegorsk and recovering after industrial impact / Aerial pollution in Kola Peninsula. Proceedings of the Intranational Workshop, Apatity, 1993. P. 148–152.
35. Каледа В.М. Биология плодоношения березы повислой в лесостепных районах Западной Сибири: Автореферат дисс… канд. с/х наук. Красноярск, 1985. 22 с.
36. Косова Д.П., Василевская Н.В. Репродуктивное развитие Betula czerepanovii Orlova в зоне аэротехногенного воздействия комбината «Печенганикель»//Сохранение биологического разнообразия наземных и морских экосистем в условиях высоких широт. Мурманск: МГПУ, 2009. С. 130–133.
37. Poljak I., Kajba D., Ljubic I., Idzojtic M. Morphological variability of leaves of Sorbus domestica L. in Croatia// Acta Societatis Botanicorum Poloniae. 2015. Vol. 84. P. 249–259. DOI: 10.5586/asbp.2015.023
38. Серегин И.В., Кожевникова А.Д. Физиологическая роль никеля и его токсическое действие на высшие растения // Физиология растений. 2006. Т. 53. С. 285–308.
39. Бессонова В.П. Влияние загрязнения среды тяжелыми металлами на гормональные и трофические факторы в почках кустарничковых растений // Экология. 1993. № 2. С. 21–26.
40. Turmukhametova N., Shadrina E. Changes in the Fluctuating Asymmetry of the Leaf and Reproductive Capacity of Betula pendula Roth Reflect Pessimization of Anthropogenically Transformed Environment // Symmetry. 2020. Vol. 12. P. 1970. DOI:10.3390/sym12121970
41. Karnosky D.F., Berrang P.C., Schilz F., Bennett J.P. Variation in natural selection for air pollution tolerance in trees // Genetic Effects of Air Pollutants in Forest Tree Populations / Scholz F., Gregorius H.-R., Rudin, D. (Eds.). Berlin: Springer Verlag, 1989. P. 29–38.
42. Hoffman A.A., Parsons P.A. Evolutionary Genetics and Environmental Stress. New York: Oxford University Press. 1991. 284 p.
43. Василевская Н.В. Поливариантность онтогенетических процессов растений в условиях высоких широт. Мурманск: МГПУ, 2007. 230 с.
44. Василевская Н.В. Экология растений Арктики. Мурманск: МГПУ, 2014. 187 с.
45. Похилько А.А. Сем. Scrophulariaceae // Биологическая флора Мурманской области. Апатиты, 1993. С. 81–92.
46. Mutikainen P., Ojala A. Simulated herbivory and air pollution: growth and reproduction of an evergreen dwarf shrub Empetrum nigrum // Acta Oecologica. 1993. Vol. 14. P. 771–780.
47. Saikkonen K., Koivunen S., Vuorisalo T., Mutikainen P. Interactive effects of pollination and heavy metals on resource allocation in Potentilla anserina // Ecology. 1998. Vol. 79. P. 1620–1629. DOI: 10.1890/0012-9658(1998)079[1620:IEOPAH]2.0.CO;2
48. Матвеева Н.В. Зональность в растительном покрове Арктики. СПб., 1998. 218 с.
Рецензия
Для цитирования:
Василевская Н.В. Поливариантность репродуктивного развития Betula czerepanovii Orlova в условиях техногенного стресса. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2021;26(3):100-111. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2021-26-3-100-111
For citation:
Vasilevskaya N.V. Polyvariance of reproductive development of Betula czerepanovii Orlova under the conditions of technogenic stress. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2021;26(3):100-111. (In Russ.) https://doi.org/10.31242/2618-9712-2021-26-3-100-111
Просмотров:
108
Послать статью по эл. почте 