Метод оценки пигментного комплекса древесных растений как индикатор адаптации к засушливым условиям

Александра Викторовна СЕМЕНЮТИНА; Алия Шамильевна ХУЖАХМЕТОВА; Виктория Алексеевна СЕМЕНЮТИНА; Игорь Петрович СВИНЦОВ

doi:10.25726/NM.2018.1.1.006

Авторы

Александра Викторовна СЕМЕНЮТИНА Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук
Алия Шамильевна ХУЖАХМЕТОВА Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук
Виктория Алексеевна СЕМЕНЮТИНА Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук
Игорь Петрович СВИНЦОВ Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук

DOI:

https://doi.org/10.25726/NM.2018.1.1.006

Ключевые слова:

пигментный комплекс, стресс-факторы, адаптация, деревья, кустарники, биоразнообразие, обогащение дендрофлоры, критерии отбора, защитные лесные насаждения.

Аннотация

Актуальность темы исследований связана с подбором адаптированного генофонда деревьев и кустарников для обогащения лесомелиоративных комплексов деградированных ландшафтов в условиях действия стресс-факторов. Опыт интродукции в аридном поясе России показал, что из нескольких тысяч таксонов испытанных деревьев и кустарников способны успешно произрастать чуть более трехсот. Для решения проблемы научно-обоснованного подбора ассортимента для обогащения дендрофлоры с учетом лимитирующих стресс-факторов роста и развития растений в различных экологических условиях необходимо проводить специальные эксперименты с глубоким обобщением и анализом полученных результатов. Результаты эксперимента напрямую зависят от эффективности используемых методов.

Цель исследований – провести сравнительную оценку и установить различия в состоянии пигментного комплекса под воздействием стресс-факторов с использованием современного портативного флавонид- и хлорофиллометра DUALEX SCIENTIFIC+.

В статье рассмотрена возможность определения устойчивости растительных организмов к стресс-факторам по пигментному комплексу. На основе сравнительной оценки количественных измерений хлорофилла а и b, каротиноидов, антоцианов листьев в полевых условиях с использованием современного портативного флавонид- и хлорофиллометра DUALEX SCIENTIFIC+ выявлены закономерности изменения содержания пигментного комплекса, отражающие адаптационные возможности растений.

Объектами исследований являлись представители видового, формового и сортового разнообразия деревьев и кустарников коллекционного фонда ФНЦ агроэкологии РАН, произрастающих в Кластерном дендрологическом парке ВНИАЛМИ (34:34:060061:10; ФГУП «Волгоградское», 34:34:000000:122).

Представлен анализ апробации полевого метода оценки пигментного комплекса (хлорофилл а и b, каротиноиды, антоцианы), на базе спектров оптических длин волн в здоровых растениях приемлемый для получения количественных данных в пространственных и временных масштабах. Полученные материалы согласуются с зарубежными исследованиями и отмечают варьирование содержания пигментного комплекса под действием экологических факторов в период вегетации. Установлен диапазон содержания хлорофилла а+б у древесных видов от 11,50 до 46,95 мг/см². Выявлены различия на действие стресс-факторов (температура воздуха – 34,42-35,48 ºС, влажность воздуха – 15,5-16,0 %) по содержанию флавоноидов (у деревьев от 0,41 до 2,19 мг/см², кустарников – от 0,82 до 2,08 мг/см²и антоцианов (от 0,08 до 0,29 мг/см²). Проведенный анализ динамики пигментного комплекса позволил выделить перспективные группы растений (виды, формы, сорта) по их адаптивности к различным неблагоприятным воздействиям окружающей среды.

Библиографические ссылки

1. Горюнов Ю.Д. Влияние экологических факторов на содержание в растениях некоторых антиоксидантов: автореферат диссертации. Калининград, 2009. 24с.
2. Кулик К.Н., Свинцов И.П., Семенютина А.В. Эколого-экспериментальная интродукция хозяйственно ценных растений для агролесомелиорации // Доклады РАСХН. 2004. № 3. С. 19-24.
3. Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений. М.: Абрис, 2011. 783с.
4. Косулина Л.Г., Луценко Э.К., Аксенова В.А. Физиология устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды. Ростов-н/Д.: РГУ, 1993. 240с.
5. Полевой В.В. Практикум по росту и устойчивости растений. – СПб.: Санкт-Петербургский университет, 2001. 212с.
6. Свинцов И.П., Семенютина В.А. Методологические основы изучения растительных организмов в условиях интродукции // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия естественные и технические науки. 2014. №9-10. С. 42-47.
7. Семенютина А.В. Дендрофлора лесомелиоративных комплексов (под ред. И.П. Свинцова). Волгоград: ВНИАЛМИ, 2013. 266с.
8. Семенютина А.В., Костюков С.М., Кащенко Е.В. Методы выявления механизмов адаптации древесных видов в связи с их интродукцией в засушливые регионы // Успехи современного естествознания. 2016. №2. С. 103-109.
9. Bueno J.M., Saez-Plaza P., Ramos-Escudero F., Jimenez A.M., Fett R., and Asuero A.G. / Analysis and Antioxidant Capacity of Anthocyanin Pigments. Part II: Chemical Structure, Color, and Intake of Anthocyanins. Critical Reviews in Analytical Chemistry 42, 2012; 126–151.
10. Croce R., van Amerongen H. Natural strategies for photosynthetic light harvesting. Nature Chemical Biology 10; 2014; 492–501.
11. Chen M., Blankenship R.E. Expanding the solarspectrum used by photosynthesis. Trends in Plant Science 16, 2011; 427–431
12. Esteban R., Barrutia O., Artetxe U., Fernandez-Marın B., Hernandez A., and Garcıa-Plazaola J.I. Internal and external factors affecting photosynthetic pigment composition in plants: A meta-analytical approach. New Phytologist 206, 2015; 268–280.
13. Kiang N.Y., Siefert J., Govindjee, Blankenship R.E. Spectral signatures of photosynthesis. I. Review of earth organisms. Astrobiology 7; 2007; 222–251
14. Gitelson A., Merzlyak M.N. Spectral relfectance changes associated with autumn senescence of Aesculus hippocastanum L. and Acer platanoides L. leaves. Spectral features and relation to chlorophyll estimation. Journal of Plant Physiology 143, 1994; 286–292.
15. Penuelas J. and Filella I. Visible and near-infrared reflectance techniques for diagnosing plant physiological status. Trends in Plant Science 3, 1998; 151–156.
16. Ritz T., Damjanovic A., Schulten K., Zhang J.P., Koyama Y. / Efficient light harvesting through carotenoids. Photosynthesis Research 66; 2000; 125–144.
17. Thayer S.S., Bjorkman O. Leaf Xanthophyll content and composition in sun and shade determined by HPLC. Photosynthesis Research 23; 1990; 331–343
18. Quemada M., Gabriel J.L., Zarco-Tejada P. Airborne Hyperspectral Images and Ground-level Optical Sensors As assessment tools for Maize nitrogen fertilization // Remote sensing. 2014. Vol. 6. Pp. 2940-2962; doi: 10.3390/rs6042940.
19. http://www.force-a.com/capteurs-optiques-optical-sensors/dualex-scientific-chlorophyll-meter/
==========
1. Goryunov Yu.D. Influence of ecological factors on the maintenance in the plants of some antioxidants: the author's abstract of the dissertation. Kaliningrad, 2009. 24p.
2. Kulik K.N., Svintsov I.P., Semenyutina A.V. Ecological and experimental introduction of economically valuable plants for agroforestry // Reports of the Russian Academy of Agricultural Sciences. 2004. № 3. Pp. 19-24.
3. KuznetsovV.V., Dmitrieva G.A. Plant physiology. Moscow: Abris, 2011. 783p.
4. Kosulina L.G., Lutsenko E.K., Aksenova V.A. Physiology of plant resistance to adverse environmental factors. Rostov-n / D .: RSU, 1993. 240p.
5. Polevoy V.V. Workshop on plant growth and resistance. St. Petersburg: St. Petersburg University, 2001. 212p.
6. Svintsov I.P., Semenyutina V.A. Methodological bases of studying plant organisms in conditions of introduction // Modern science: actual problems of theory and practice. A series of natural and technical sciences. 2014. № 9-10. Pp. 42-47.
7. Semenyutina A.V. Dendroflora forest-meliorative complexes (edited by I.P. Svintsov). Volgograd: VNIIALMI, 2013. 266p.
8. Semenyutina A.V,. Kostyukov S.M., Kashchenko E.V. Methods for revealing the mechanisms of adaptation of tree species in connection with their introduction into arid regions // Successes of modern natural science. 2016. №2. Pp. 103-109.
9. Bueno J.M., Saez-Plaza P., Ramos-Escudero F., Jimenez A.M., Fett R., and Asuero A.G. Analysis and Antioxidant Capacity of Anthocyanin Pigments. Part II: Chemical Structure, Color, and Intake of Anthocyanins. Critical Reviews in Analytical Chemistry 42, 2012; 126-151.
10. Croce R., van Amerongen H. Natural strategies for photosynthetic light harvesting. Nature Chemical Biology 10; 2014; 492-501.
11. Chen M., Blankenship R.E. Expanding the solarspectrum used by photosynthesis. Trends in Plant Science 16, 2011; 427-431
12. Esteban R., Barrutia O., Artetxe U., Fernandez-Marın B., Hernandez A., and Garcıa-Plazaola J.I. A meta-technical approach. New Phytologist 206, 2015; 268-280.
13. Kiang N.Y., Siefert J., Govindjee, Blankenship R.E. Spectral signatures of photosynthesis. I. Review of earth organisms. Astrobiology 7; 2007; 222-251
14. Gitelson A., Merzlyak M.N. Spectral relapse changes associated with autumn senescence of Aesculus hippocastanum L. and Acer platanoides L. leaves. Spectral features and relation to chlorophyll estimation. Journal of Plant Physiology 143, 1994; 286-292.
15. Penuelas J. and Filella I. Visible and near-infrared reflectance techniques for diagnosing plant physiological status. Trends in Plant Science 3, 1998; 151-156.
16. Ritz T., Damjanovic A., Schulten K., Zhang J.P., Koyama Y. / Efficient light harvesting through carotenoids. Photosynthesis Research 66; 2000; 125-144.
17. Thayer S.S., Bjorkman O. Leaf Xanthophyll content and composition in sun and shade determined by HPLC. Photosynthesis Research 23; 1990; 331-343
18. Quemada M., Gabriel J.L., Zarco-Tejada P. Airborne Hyperspectral Images and Ground-level Optical Sensors // Remote sensing. 2014. Vol. 6. Pp. 2940-2962; doi: 10.3390 / rs6042940.
19. http://www.force-a.com/capteurs-optiques-optical-sensors/dualex-scientific-chlorophyll-meter/