AGRIS - 

2023

Sergey A. Shavnin | Irek A. Yusupov | Andrey A. Montile | Dmitry Yu. Golikov | Nataliya V. Marina

Исследовали сезонные изменения в период низких температур и характер корреляционных связей для содержания общей воды в хвое, пероксидазной активности и содержания отдельных компонентов антиокислительной системы хвои: каротиноидов, аскорбиновой кислоты, катехинов и флавонолов – у деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), произрастающих в градиенте условий среды, формируемых в зоне влияния теплового поля газового факела (на разном удалении от него) на территории Ханты-Мансийского автономного округа – Югры (Россия). Проверены 3 гипотезы: 1) тепловое поле газового факела в условиях низких температур влияет на водный обмен и состояние антиокислительной системы хвои; 2) повышение температуры среды в зоне влияния факела в осенне-зимний период приводит к уменьшению количества влаги в хвое, которое вызывает состояние окислительного стресса в клетках; 3) в работе антиокислительной системы хвои между ее отдельными компонентами существуют взаимосвязи, характеристики которых трансформируются в зависимости от условий среды, определяемых удалением от газового факела. В градиенте действия теплового поля факела не наблюдается дополнительного по сравнению с фоном снижения содержания общей воды в хвое и признаков изменения состояния антиокислительной системы, характерных для окислительного стресса. Влияние газового факела на показатели физиологического состояния хвои максимально на ближней к факелу секции. Оно проявляется в виде увеличения пероксидазной активности, количества общей воды, каротиноидов и в снижении содержания флавоноидов и аскорбиновой кислоты. Сезонная динамика изученных показателей не коррелирует с температурой среды, что говорит о ее непрямом действии на регуляцию активности антиокислительной системы хвои. Факторный и корреляционный анализ данных свидетельствуют об отличии физиологического состояния хвои на разном удалении от факела. В функционировании компонентов антиокислительной системы хвои не наблюдается доминирования отдельных процессов. Взаимосвязи между изученными показателями изменяются с удалением от факела. Наиболее устойчивой является отрицательная связь пероксидазной активности с остальными показателями, усиливающаяся с увеличением расстояния до факела. Степень согласованности работы отдельных компонентов антиокислительной системы максимальна в условиях фона и уменьшается с приближением к факелу. Это объясняется модифицирующим влиянием факела на физиолого-биохимические процессы адаптации хвои к конкретным климатическим условиям среды. Для цитирования: Шавнин С.А., Юсупов И.А., Монтиле А.А., Голиков Д.Ю., Марина Н.В. Сезонная динамика содержания компонентов антиокислительной системы хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в зоне локального теплового воздействия // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 2. С. 38–57. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-2-38-57 | The seasonal changes in a period of low temperatures and characteristic correlations of some antioxidant system (AOS) components in pine needles influenced by a gas flare are investigated in this study. The parameters taken are total water content (TWC) in needles, peroxidase activity (AP) and selected elements of the antioxidant system of needles, such as content of carotenoids (Car), ascorbic acid (AA), catechins (Cat) and flavanols (Fl). The needles come from Scots pine trees (Pinus sylvestris L.), which grow in a gradient of environmental conditions formed in the zone of thermal field of the gas flare impact (at various distances). The gas flare is situated on the territory of the Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug (UGRA) of Russia. Three hypotheses were subject to verification: 1) the thermal field of the gas flare during the low temperature period affects the water exchange and the AOS state of needles; 2) increase in temperature of the environment in the flare impact zone during the autumn-winter period causes the decrease in amount of moisture in needles, which is a trait of oxidative stress in cells; 3) in the functioning of а needle’s AOS, there are correlations between its components, which values depend on distance from the gas flare and environment created by it. It was found that in the thermal field gradient of the flare, there is neither an additional reduction in TWC in needles compared to the background nor signs of change in the state of AOS corresponding to the oxidative stress in the cells. The greatest impact of the gas flare on characteristics of the physiological state of pine needles is observed in the section closest to the flare. It reveals in the higher values of AP, TWC, Car and decrease in concentration of Fl and AA. The seasonal dynamics of the studied traits values do not correlate with the temperature of the environment. It indicates the indirect effect on the regulation of needle’s AOS activity. The factor and correlation analysis of the data indicate a difference in physiological state of pine needles at different distances from the flare. There is no domination of any processes in the functioning of AOS components. The observed correlations between the studied properties change according to distance to the flare. The most stable is a negative AP relationship with ofter parameters, which rise with the increased distance from the flare. The consistency degree of separate AOS components functioning is maximal in background conditions and decreases when approaching the flare. This fact is explained by the modifying effect of the flare on physiological and biochemical processes of the needle’s adaptation to specific climatic conditions of the environment. For citation: Shavnin S.A., Yusupov I.A., Montile A.A., Golikov D.Yu., Marina N.V. Seasonal Dynamics of Content of Antioxidant System Components in Needles of Scots Pine (Pinus sylvestris L.) Trees Situated in the Local Warming Impact Zone. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2023, no. 2, pp. 38–57. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-2-38-57

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2023

С.Н. Тарханов | Е.А. Пинаевская | Ю.Е. Аганина | А.С. Пахов

Хвойные характеризуются определенной индивидуальной изменчивостью содержания стрессовых метаболитов, которая может являться результатом генотипических различий или расхождений в условиях произрастания отдельных деревьев. Цель исследования – оценка изменчивости биохимических признаков у форм сосны обыкновенной, различающихся цветом мужских стробилов, при адаптации этих форм в условиях постоянного избыточного увлажнения почв северной тайги. Изучение динамики метаболических показателей у форм сосны обыкновенной проведено в кустарничково-сфагновых сосняках на болотных верховых почвах в районе устья р. Северной Двины (северная подзона тайги). У 10 деревьев сосны каждой из выделенных по цвету мужских стробилов форм отобраны образцы хвои на побегах, формирующихся в текущем году – в июле–ноябре 2018 г. В лабораторных условиях определено содержание фотосинтетических пигментов, антоцианов, аскорбиновой кислоты, пролина, водорастворимых белков, а также уровень pH. Установлено, что в засушливый летний период синтез хлорофиллов в хвое текущего года формирования снижается у деревьев обеих форм. Благоприятный температурный режим осенью способствует увеличению длительности накопления фотосинтетических пигментов, что в целом может отрицательно сказаться на подготовке деревьев к перезимовке. Значительных различий краснопыльниковой и желтопыльниковой форм по содержанию хлорофиллов и каротиноидов, антоцианов, аскорбиновой кислоты, свободного пролина, водорастворимых белков и pH формирующейся молодой хвои не обнаружено. Выявлено сходство в адаптации этих форм к постоянному избыточному увлажнению почв в условиях северной тайги. Обнаружено существенное влияние сезонного фактора на динамику биохимических показателей у деревьев исследуемых форм. Высокая температура воздуха в летний период приводит к более активному накоплению аскорбиновой кислоты, пролина и антоцианов в хвое, а следовательно, к повышению ее антиоксидантной активности и развитию защитных механизмов, направленных на предотвращение окислительного стресса в этих условиях. Повышение содержания водорастворимых белков в хвое в октябре–ноябре способствует усилению криозащитных функций при подготовке деревьев к перезимовке. Уровни индивидуальной изменчивости содержания аскорбиновой кислоты и пролина в хвое сосны с желтым цветом микростробилов при установлении отрицательных температур в ноябре существенно выше, чем у сосны с красными микростробилами. Это связано с нормой реакции деревьев разных форм на влияние отрицательных температур. Для цитирования: Тарханов С.Н., Пинаевская Е.А., Аганина Ю.Е., Пахов А.С. Изменчивость биохимических признаков Pinus sylvestris (Pinaceae) при адаптации форм в условиях избыточного увлажнения // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 4. С. 58–75. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-4-58-75 | Conifers are characterized by a certain degree of individual variability in the content of stress metabolites, which can be caused by genotypic variations or divergence in the growth conditions of individual trees. The purpose of the study is to evaluate the variation of biochemical traits of Scots pine, which are different in the color of male strobilus, during adaptation to the conditions of constant excessive moisture in the soil of the northern taiga. The dynamics of metabolic parameters of Pinus sylvestris L. were investigated in shrubsphagnum pine stands on marshy upland soils at the mouth of the Northern Dvina River (northern taiga subzone). From July to November 2018, needle samples from shoots were collected from 10 pine trees of each of the male strobilus types, differentiated by color. The contents of photosynthetic pigments, anthocyanins, ascorbic acid, proline, water-soluble proteins, and pH were measured under laboratory conditions. The synthesis of chlorophyll in the needles in the current year of formation decreased in trees of both forms during the dry summer period. A favorable temperature in the autumn period could promote an extension of photosynthetic pigment accumulation, which might negatively affect tree preparation for overwintering. There were no significant differences between f. erythranthera Sanio and f. sulfuranthera Kozubow in the needle content of chlorophyll and carotenoids, anthocyanins, ascorbic acid, free proline, water-soluble proteins, or pH. The similarities in the adaptation of the trees to the constant excessive soil moisture in northern taiga conditions were revealed. The seasonal factor had a considerable impact on the dynamics of biochemical parameters. Ascorbic acid, proline, and anthocyanin were more actively accumulated in the needles throughout the summer due to the high air temperature, resulting in an increase in antioxidant activity and the development of protective mechanisms aimed at reducing oxidative stress. The increase in water-soluble protein content in needles from October to November is one of the cryoprotective mechanisms of the trees for the winter period. Individual differences in ascorbic acid and proline contents in yellow microspore-bearing pine needles at the establishment of minus temperatures in November were considerably higher than in red microspore-bearing pine needles. This is regarded as the norm of the reaction for different types of trees to the influence of negative temperatures. For citation: Tarkhanov S.N., Pinaevskaya E.A., Aganina Y.E., Pakhov A.S. Variability of Biochemical Properties During Adaptation of Pinus sylvestris (Pinaceae) Forms to Excessive Moisture Conditions. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2023, no. 4, pp. 58–75. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-4-58-75

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation