Онтогенетические реакции мезоструктуры листьев Betula nana L. на техногенный стресс в условиях Арктики
https://doi.org/10.31242/2618-9712-2022-27-3-423-433
Аннотация
В статье представлены результаты исследований показателей мезоструктуры в онтогенезе листьев карликовой березы (Betula nana L.), произрастающей в окрестностях промышленных предприятий г. Мурманск. Выявлены признаки ксероморфности листьев B. nana: утолщение верхней и нижней эпидермы, листовой пластинки, губчатой паренхимы. В онтогенезе листьев уменьшается толщина палисадного мезофилла и снижается индекс палисадности. В результате обработки данных однофакторным дисперсионным анализом показано, что техногенное загрязнение влияет на длину палисадных клеток листа B. nana в июне и июле ( p ≤ 0,0005) и не оказывает воздействия в августе ( p ≤ 0,1). Достоверных различий размеров клеток губчатого мезофилла не выявлено, что свидетельствует об увеличении толщины губчатого слоя и листовой пластинки за счет числа периклинальных делений клеток и увеличения объема межклетников. Полученные данные являются подтверждением неспецифической реакции ассимиляционного аппарата берез на действие стрессовых факторов. Онтогенетические изменения показателей мезоструктуры B. nana рассматриваются как адаптивные реакции на техногенный стресс, обеспечивающие снижение транспирации и оптимальный фотосинтез в условиях загрязнения среды арктического города. Карликовая береза может быть использована как объект биомониторинга качества окружающей среды промышленных территорий Арктики и Субарктики.
Об авторах
Н. В. Василевская
Мурманский Арктический государственный университет
Россия
Россия
ВАСИЛЕВСКАЯ Наталья Владимировна, доктор биологических наук, профессор
183038, Мурманск, ул. Капитана Егорова, 15
В. В. Стружко
Мурманский Арктический государственный университет
Россия
Россия
СТРУЖКО Валерия Викторовна, магистр биологии
183038, Мурманск, ул. Капитана Егорова, 15
Список литературы
1. Abakumov E., Shamilishviliy G., Yurtaev A. Soil polychemical contamination on Beliy island as key background and reference plot for Yamal region. Polish Polar Research Journal. 2017:30:313–332. DOI: 10.1515/popore-2017-0020
2. Мирославов Е.А., Вознесенская Е.В., Котеева Н.К. Сравнительная характеристика анатомии листа растений арктической и бореальной зон. Ботанический журнал. 1998;83(3):21–27.
3. Kudo G., Suzuki S. Warming effects on growth, production, and vegetation structure of alpine shrubs: a five-year experiment in northern Japan. Oecologia. 2003; 135:280–287. DOI:10.1007/s00442-003-1179-6
4. Thorsson Æ.Th., Palsson S., Sigurgeirsson A., Anamthawat-Jonsson K. Morphological variation among B. nana (diploid), Betula pubescens (tetraploid) and their triploid hybrids in Iceland. Annals of Botany. 2007;99: 1183–1193. DOI:10.1093/aob/mcm060
5. Василевская Н. В. Экология растений Арктики. Мурманск: МГПУ; 2014. 184 с.
6. Schollert M. Arctic vegetation under climate change – biogenic volatile organic compound emission and leaf anatomy. PHD Thesis. Copenhagen; 2015. 213 p.
7. Schollert M., Kivimäenpää M., Valolahti H. M., Rinnan R. Climate change alters leaf anatomy but has no effects on volatile emissions from arctic plants. Plant, Cell and Environment. 2015;38:2048–2060. DOI: 10.1111/pce.12530
8. Kravkina I.M., Miroslavov E.A. Effect of atmospheric pollutants on the dynamics of mitochondria and chloroplast in the chlorenchyma cells of Scots pine needles. Aerial pollution in Kola Peninsula. Apatity; 1993:233–235.
9. Lamppu J., Roito M., Tikkanen S. Indication of pollution-induced stress on forest trees and lichens in Lapland. Aerial pollution in Kola Penninsula. Apatity; 1993:266–267.
10. Лукина Ю.М., Василевская Н.В. Воздействие промышленного загрязнения на строение листа Betula czerepanovii (Betulaceae). Растительные ресурсы. 2012;48(1):51–58.
11. Уразгильдин Р.В., Кулагин А.Ю. Техногенез и структурно -функциональные реакции древесных видов: повреждения, адаптации, стратегии. Ч. 1. Влияние на макро- и микроморфологию ассимиляционного аппарата. Биосфера. 2021;13 (3):86–100. DOI: 10.24855/biosfera.v13i3.578
12. Яковлев А.П. Мониторинг роста и развития Vaccinium myrtillus L. в окрестностях завода по термической обработке твердых бытовых отходов г. Мурманска. Естественнонаучные проблемы Арктического региона. Мурманск; 2007:87–88.
13. Плюснина С.Н., Загирова С.В. Структура фотосинтетического аппарата Betula nana (Betulaceae) на Северном и Приполярном Урале. Ботанический журнал. 2016;3:261–274.
14. Плюснина С.Н., Панюков А.Н. Вариабельность структурных параметров листа Betula nana L. в кустарничковых сообществах северных гипоарктических тундр. Систематические и флористические исследования северной Евразии. М.: МГПУ; 2018:181–184.
15. Флора Мурманской области. М.; Л.: Изд-во АН СССР; 1956. Вып. 3. 449 с.
16. Jadwiszczak K.A., Kłosowski S., Zalewska I., Banaszek A., Chrzanowska A. Genetic diversity and sexual reproduction in relict populations of Betula nana. Silva Fennica. 2017;51:18 p. DOI:10.14214/sf.5643
17. Borrell J.S., Zohren J., Nichols R.A., Buggs R.J.A. Genomic assessment of local adaptation in dwarf birch to inform assisted gene flow. Evolutionary Applications. 2020;13:161–175. DOI:10.1111/eva.12883
18. Арктическая флора СССР. М.; Л.: Наука; 1966:5. Salicaceae–Portulacaceae. 206 с.
19. Provan J., Bennett K.D. Phylogeographic insights into cryptic glacial refugia. Trends in Ecology and Evolution. 2008;23:564–571. DOI: 10.1016/j.tree.2008.06.010
20. Eidesen P.B, Alsos I.G, Brochmann C. Comparative analyses of plastid and AFLP data suggest different colonization history and asymmetric hybridization between Betula pubescens and B. nana. Molecular Ecology. 2015;24:3993–4009. DOI: 10.1111/mec.13289
21. Heikkilä M., Fontana S.L., Seppä H. Rapid Lateglacial tree population dynamics and ecosystem changes in the eastern Baltic region. Journal of Quaternary Science. 2009;24:802–815. DOI: 10.1002/jqs.1254
22. Palme A.E., Su Q., Palsson S., Lascoux M. Extensive sharing of chloroplast haplotypes among European birches indicates hybridization among Betula pendula, Betula pubescens and B. nana. Molecular Ecology. 2004; 13:167–178. DOI: 10.1046/j.1365-294x.2003.02034.x
23. Eriksson G., Jonsson A. A review of the genetics of Betula. Scandinavian Journal of Forest Research. 1986;1:421–434. DOI:10.1080/02827588609382434
24. Koropachinskiy Yu.I. Natural hybridization and taxonomy of birches in North Asia. Contemporary problems of Ecology. 2013;6:350–369.
25. Jarvinen P., Palme A., Morales L.O., Lannenpa M., Keinanen M., Sopanen T., Lascoux M. Phylogenetic relationships of Betula species (Betulaceae) based on nuclear ADH and chloroplast mat K sequences. American Journal of Botany. 2004;91:1834–1845. DOI:10.3732/ajb.91.11.1834
26. Thorsson Æ.Th., Palsson S., Lascoux M., Anamthawat-Jonsson K. Introgression and phylogeography of Betula nana (diploid), B. pubescens (tetraploid) and their triploid hybrids in Iceland inferred from cp DNA haplotype variation. Journal of Biogeography. 2010;37:2098–2110. DOI:10.1111/j.1365-2699.2010.02353.x
27. Демин В.И. Основные климатические тенденции на Кольском полуострове за период инструментальных метеорологических измерений. Труды Кольского научного центра РАН. 2012;1:99–110.
28. Guzeva A.V., Slukovskii Z.I., Myazin V.A. Geochemical features of lakes located in an urbanised area of the Russian Arctic (Murmansk region). Limnology and Freshwater Biology. 2020;4:511–512. DOI: 10.31951/2658-3518-2020-A-4-511
29. Dineva S.B. Development of the leaf blades of Acer platanoides in industrially contaminated environment. Dendrobiology. 2006;55:25–32.
30. Скорбач В.В., Жилякова М.Н. Влияние загрязнения окружающей среды на основные эпидермальные клетки липы сердцевидной, или мелколистной (Tilia cordata Mill) на примере г. Белгорода. Научные ведомости. 2009;66(11):40–44.
31. Larcher W. Physiological Plant Ecology. Ecophysiology and Stress Physiology of Fuctional Groups. New York: Springer. 513 p.
32. Hovenden M.I., Vander Schoor J.K. Nature vs nurture in the leaf morphology of Southern Beech, Nothofagus cuminglamii (Notofagaceae). New Phytologist. 2003;161: 521–590. DOI: 10.1046/j.1469-8137.2003.00931.x
33. Pyankov V.I., Ivanova L.A., Lambers H. Quantitative anatomy of photosynthetic tissues of plant species of different functional types of boreal vegetation. Inherent Variations in Plant Growth: Physiological Mechanisms and Ecological Consequences. Leiden: Backhuys Publishers; 1998:71–87.
34. Иванова Л.А., Пьянков В.И. Влияние экологических факторов на структурные показатели мезофилла листа. Ботанический журнал. 2002;87:17–28.
35. Иванова Л.А., Иванов Л.А., Ронжина Д.А., Пьянков В.И. Структурные параметры мезофилла листа при затенении растений различных функциональных типов. Физиология растений. 2008;55(2):230–239.
36. Егорова Н.Н., Кулагин А.А. Анатомические и морфологические особенности ассимиляционного аппарата и проводящих тканей древесных растений в экстремальных лесорастительных условиях. Известия Самарского научного центра РАН. 2008;10(2): 310–324.
37. Егорова Н.Н., Нафикова А.Т. Изменчивость признаков анатомического строения ассимилирующих органов березы повислой и тополя бальзамического в экстремальных лесорастительных условиях. Известия Самарского научного центра РАН. 2011; 13(5):165–168.
38. Чукина Н.В., Филимонова Е.И., Файрузова А.И., Борисова Г.Г. Морфофизиологические особенности листьев Betula pendula Roth на золоотвалах Среднего Урала. Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2016;159(6):68–75.
39. Мокроносов А.Т. Онтогенетический аспект фотосинтеза. М.: Колос, 1981. 196 с.
40. Гамалей Ю.В. Транспортная система сосудистых растений. СПб.: Изд-во СПГУ; 2004. 424 с.
Рецензия
Для цитирования:
Василевская Н.В., Стружко В.В. Онтогенетические реакции мезоструктуры листьев Betula nana L. на техногенный стресс в условиях Арктики. Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2022;27(3):423-433. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2022-27-3-423-433
For citation:
Vasilevskaya N.V., Struzhko V.V. Ontogenetic reactions of the mesostructure of leaves of Betula nana L. on the technogenic stress in the Arctic. Arctic and Subarctic Natural Resources. 2022;27(3):423-433. (In Russ.) https://doi.org/10.31242/2618-9712-2022-27-3-423-433
Просмотров:
125
Послать статью по эл. почте 