ВЛИЯНИЕ СТРЕСС-ФАКТОРОВ НА СОДЕРЖАНИЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ В ХВОЕ СОСНЫ ГУСТОЦВЕТНОЙ И СОСНЫ ВЕЙМУТОВА

Титова М.С.

Кандидат биологических наук, Горнотаежная станция им. В.Л. Комарова Дальневосточного отделения Российской академии наук

ВЛИЯНИЕ СТРЕСС-ФАКТОРОВ НА СОДЕРЖАНИЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ В ХВОЕ СОСНЫ ГУСТОЦВЕТНОЙ И СОСНЫ ВЕЙМУТОВА

Аннотация

Изучено влияние стресс-факторов -  почвенной засухи и низкого уровня освещенности на содержание фотосинтетических пигментов в хвое саженцев сосны густоцветной и сосны Веймутова.

Ключевые слова: фотосинтетические пигменты, хвоя, хлорофиллы, каротиноиды, стресс-фактор.

Titova M.S.

Candidate of Biological Sciences, Mountain- Taiga station of V.L. Komarov FEB RAS

EFFECTS OF STRESS FACTORS ON PHOTOSYNTHETIC PIGMENTS IN NEEDLES PINUS DENSIFLORA AND PINUS STROBUS

Abstract

Studied the effects of stress factors - soil drought and low light level on the content of photosynthetic pigments in the needles of Pinus densiflora and Pinus strobus.

 Keywords: photosynthetic pigments, needles, chlorophylls, carotenoids, the stress factors.

Известно, что состав и соотношение фотосинтетических пигментов позволяет судить о многих аспектах физиологического состояния растений.  Одним из первых действие стресс-факторов разной природы воспринимает фотосинтетический аппарат.

Почвенная засуха – один из основных факторов, лимитирующих рост и развитие древесных растений, следствием которой является острая нехватка доступной растениям воды, она сопровождается нарушением метаболизма, снижением продуктивности и даже гибелью растений [1].  Основная стратегия адаптации растений к почвенной засухе направлена на поддержание водного баланса за счет экономного расходования воды, повышения водопоглотительной способности корневых систем.

Целью исследований явилось изучение влияния стресс-факторов – почвенной засухи и затенения на содержание и соотношение фотосинтетических пигментов у двух видов саженцев сосен.

Эксперимент проводили в 2009-2011 гг. на Горнотаёжной станции ДВО РАН в условиях вегетационного домика. Объекты изучали в паре «дальневосточный вид – интродуцент», соответственно, сосна густоцветная (Pinus densiflora Siebold et Zucc.) – сосна Веймутова (Pinus strobus L.). Содержание фотосинтетических пигментов (хлорофиллов, каротиноидов) определяли на спектрофотометре СФ-56 (ЛОМО) в ацетоновом экстракте при величине оптической плотности 662, 644,440,5 нм по методике Шлыка А.А. [2]. Расчет концентрации пигментов производился по формулам Веттштейна для 100%-ного ацетона.

 Растения выращивали в почвенной культуре в одинаковых по объему кюветах. Исходная влажность почвы составляла 65-70% полной влагоемкости.

Почвенную засуху создавали снижением полива растений на 50% по отношению к контролю в течение 60 дней, затем прекращали полив в течение 25 дней в период завершения роста хвои и побегов растений. Продолжительность почвенной засухи определялась физиологическим состоянием растений и составила в целом более 70 дней.

В качестве второго стрессорного фактора использовали затенение со снижением освещенности до 50% по отношению к контрольным растениям  в течение 75 дней [3].

Динамику пигментов в хвое саженцев сосны густоцветной и сосны Веймутовой определяли с мая по сентябрь. Сезонная динамика суммарного содержания пластидных пигментов (хлорофиллов a+b и каротиноиды) у сосны густоцветной и сосны Веймутова представлена на рис.1 и рис. 2.

Рис. 1 - Суммарное содержание фотосинтетических пигментов в хвое сосны густоцветной в различных вариантах опыта

В разных вариантах опыта в хвое обоих видов сосен накопление хлорофиллов и каротиноидов начиналось в основном  с конца мая и снижалось к концу августа.

В контрольных вариантах по суммарному содержанию пигментов хвойных пород лидирует интродуцированная сосна Веймутова. В течение всего летнего периода количество пигментов в ее хвое в 1,4-1,6 раза больше, чем в хвое сосны густоцветной соответственно. Объясняется это тем, что дальневосточный вид, в отличие от интродуцента отличается замедленной скоростью формирования хвои весной, соответственно и скорость накопления пигментов до второй половины лета у него ниже, чем у сосны густоцветной.

Наибольшие показатели хлорофиллов a+b и каротиноидов в хвое отмечены у сосны веймутовой в июле – 2,14 мг/г сырого веса,  у сосны густоцветной в июне – 1,69 мг/г.

 

Рис. 2 - Суммарное содержание фотосинтетических пигментов в хвое сосны Веймутова в различных вариантах опыта

Под влиянием почвенной засухи суммарное содержание пигментов в хвое сосен уменьшается в 1,2 раза по сравнению с контролем.

При недостаточном освещении – в варианте опыта с притенением количество пигментов в хвое сосен снижается по сравнению с контролем для сосны густоцветной в 1,26 раза, а для сосны веймутовой в 1,04 раза.

Таким образом, местный и интродуцированный вид сосны по-разному реагируют на действие стресс-факторов, так если  сосна Веймутова отвечает на влияние почвенной засухи и притенения накоплением пластидных пигментов, то у сосны густоцветной, наоборот, их количество снижается по сравнению с контрольными значениями.

Согласно нашим исследованиям содержание каротиноидов в хвое сосен в контроле и при действии лимитирующих факторов является довольно динамичным показателем (таблица).

Таблица 1 - Динамика накопления каротиноидов в хвое саженцев сосен (в числителе – сосна густоцветная, в знаменателе – сосна Веймутова)

Варианты опыта	Время взятия образцов
	май	июнь	июль	август	сентябрь
Контроль	0,25±0,04 0,37±0,01	0,26±0,03 0,32±0,01	0,27±0,01 0,31±0,01	0,27±0,01 0,32±0,03	0,29±0,01 0,29±0,02
Засуха	0,30±0,01 0,30±0,03	0,26±0,02 0,29±0,04	0,19±0,03 0,30±0,02	0,24±0,01 0,32±0,01	0,24±0,02 0,27±0,02
Притенение	0,23±0,02 0,29±0,03	0,18±0,01 0,28±0,05	0,14±0,01 0,28±0,01	0,29±0,01 0,30±0,04	0,24±0,04 0,29±0,01

Так у сосны густоцветной с мая по сентябрь шло увеличение данного показателя с  0,25 до 0,29 мг/г. У сосны Веймутовой максимальное значение содержания каротиноидов зафиксировано в мае – 0,37 мг/г, в остальные месяцы количество варьировало в пределах от 0,29 до 0,31 мг/г.

 Установлено, что под влиянием почвенной засухи в хвое сосен отмечена тенденция к  снижению уровня каротиноидов примерно в 1,08 раза по сравнению с контролем.

В условиях притенения у сосны густоцветной среднее содержание каротиноидов в сезонной динамике уменьшилось в 1,23 раза, т.е. с отметки 0,27 в контроле до 0,22 мг/г сырого веса в опыте. Для сосны Веймутова в августе зафиксировано  снижение уровня желтых пигментов с 0,32 до 0,30 мг/г, т.е.  в 1,10 раз меньше, чем в варианте опыта с контролем.

Согласно полученным данным, среднемесячные показатели содержания пигментов в контроле выглядят следующим образом – сосна густоцветная – 1,58 мг/г, сосна Веймутова – 1,99 мг/г. Под воздействием стресс- фактора – почвенной засухи у сосен отмечено резкое снижение количества пигментов по сравнению в контролем: сосна густоцветная – 1,38 мг/г, сосна Веймутова – 1,72 мг/г (т.е. снижается примерно в 1,2 раза).

В опыте с притенением у сосен мы наблюдаем снижение среднего суммарного содержания пигментов: у сосны густоцветной их значение соответствуют 1,25 мг/г, т.е. по сравнению с контролем количество пигментов в хвое уменьшается на 0,33 мг/г или в 1,26 раза, у сосны Веймутова – 1,91 мг/г, что меньше на 0,08 мг/г или в 1,04 раза.

На основе полученных экспериментальных данных установлено, что в хвое четырехлетних саженцев сосен в условиях вегетационного опыта с почвенной засухой и притенением, происходит снижение синтеза хлорофиллов и каротиноидов. Таким образом, эффективность работы фотосинтетического аппарата может являться одним из важнейших показателей адаптивного потенциала растений в лимитирующих условиях среды.