AGRIS - 

2022

И.А. Паламарчук | М.Е. Белоусова | О.С. Бровко | В.В. Старицын | А.Д. Ивахнов | А.А. Слобода

Изучено влияние геоэкологических факторов на территории 2 тектонических узлов: Вельско-Устьянского и Холмогорского – на содержание фенольных соединений в лишайниках рода Cladonia. Отбор лишайников произведен на пробных площадях, заложенных в центре узлов и за их пределами (контроль). Геохимическая обстановка, почвенно-климатические и экологические условия в зоне тектонических узлов оказывают влияние на химический состав лишайников. Установлено, что зольность лишайников, произрастающих в центре тектонического узла, в 1,8…2,3 раза выше, чем в контроле. Это свидетельствует о значительном накоплении литогенных элементов в талломах лишайников в зоне тектонических разломов. На территории тектонических узлов лишайники подвергаются многофакторным негативным воздействиям (повышенные радиационный фон и тепловой поток, электромагнитное излучение, электрическое и магнитное поля и др.), что провоцирует избыточное генерирование активных кислородных радикалов и способствует перестройке метаболизма лишайников, изменяя динамику накопления фенольных соединений и их биосинтез. Обнаружено, содержание водонерастворимой фракции фенольных соединений в лишайниках увеличивается от контрольной точки к центру тектонического узла. При этом относительная доля водорастворимой фракции в составе общих фенольных соединений снижается. Вероятно, это связано с усилением окислительных и уменьшением восстановительных процессов в лишайниках под влиянием негативных условий. Показано, что биосинтез фенольных соединений в лишайниках наиболее активен в весенне-летний (апрель, июль) период вегетации. Воздействие геоэкологических факторов усиливает биосинтез вторичных метаболитов фенольной природы в лишайниках в условиях тектонических узлов: усниновой кислоты и атранорина. Содержание усниновой кислоты в составе водонерастворимой фракции ФС в лишайниках, произрастающих в центре тектонического узла, в 1,5…1,7 раза выше в весенне-летний период вегетации, чем в лишайниках, произрастающих за пределами тектонического узла. Количественное распределение водонерастворимой фракции фенольных соединений зависит от зоны таллома лишайника и носит градиентный характер: содержание водонерастворимых фенольных соединений в верхних растущих частях лишайников, произрастающих в центре тектонического узла и в контроле, соответственно в 2 и 1,7 раза выше, чем в старых зонах. Таким образом, фенольные соединения в лишайниках являются активными метаболитами, и их содержание в талломах может служить биомаркером состояния окружающей среды. Благодарности: Исследования проведены в ходе выполнения государственного задания ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН ФНИ 2018–2021 г. «Физико-химические, генетические и морфологические основы адаптации растительных объектов в условиях изменяющегося климата высоких широт» (№ государственной регистрации АААА-А18-118012390231-9) с использованием оборудования ЦКП НО «Арктика» (САФУ) и ЦКП НО «КТ РФ в области экологической безопасности Арктики» (ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН). Для цитирования: Паламарчук И.А., Белоусова М.Е., Бровко О.С., Старицын В.В., Ивахнов А.Д., Слобода А.А. Содержание фенольных соединений в лишайниках в зонах тектонических разломов // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 4. С. 198–213. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-4-198-213 | The paper studies the influence of geoecological factors on the content of phenolic compounds (PCs) in lichens of the genus Cladonia in the Velsko-Ustyansky and Kholmogorsky tectonic knots (TKs). Lichens were sampled from the test plots (TPs) laid out in the center of the knots and outside the knots (control). The geochemical situation, soil-climatic and environmental conditions in the zone of TKs influence the lichens chemical composition. It is found that the ash content of lichens growing in the center of the TK is 1.8–2.3 times higher than in the control, which indicates a significant accumulation of lithogenic elements in the lichen thallus in the tectonic fault zone. Lichens are exposed to multifactorial adverse effects (increased radiation background and heat flux, electromagnetic radiation, electric and magnetic fields, etc.) in the territory of TKs. This provokes excessive generation of active oxygen radicals and contributes to the rearrangement of lichen metabolism, changing the dynamics of accumulation of PCs and their biosynthesis. The content of the water-insoluble fraction of PCs in lichens was found to increase from the control point to the center of the TK, while the relative share of the water-soluble fraction of PCs in the total composition decreases. This is probably due to an increase in oxidative processes and a decrease in reductive processes in lichens under adverse conditions. The paper shows that the biosynthesis of PCs in lichens is most active in the spring-summer (April and July) vegetation period. The impact of geoecological factors enhances the biosynthesis of secondary metabolites of phenolic nature in lichens in the conditions of the TKs: usnic acid (UA) and atranorin. The content of UA in the composition of the water-insoluble fraction of PCs in lichens growing in the center of the TK is 1.5–1.7 times higher during the spring-summer vegetation period than in lichens growing outside the TK. The quantitative distribution of the water-insoluble fraction of PCs depends on the lichen thallus part and has a gradient character. Their content in the upper growing parts of lichens growing in the center of the TK and in the control is 2 and 1.7 times higher than in the old zones, respectively. Thus, PCs in lichens are active metabolites and their content in thallus can serve as a biomarker of the state of the environment. Acknowledgments: The research was carried out within the framework of the state assignment “Physico-Chemical, Genetic and Morphological Bases of the Plant Objects Adaptation in the Conditions of the High Latitudes Changing Climate” of the N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian Academy (FECIAR UrB RAS) of Sciences in 2018–2021 (state registration No. АААА-А18-118012390231-9) using the equipment of the Core facility center “Arktika” (NArFU) and the Core Facility Centre “Critical Technologies of the Russian Federation in the Field of Environmental Safety in the Arctic” (FECIAR UrB RAS). For citation: Palamarchuk I.A., Belousova M.E., Brovko O.S., Staritsyn V.V., Ivakhnov A.D., Sloboda A.A. The Content of Phenolic Compounds in Lichens in the Tectonic Fault Zones. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2022, no. 4, pp. 198–213. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-4-198-213

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2022

М.А. Гусакова | К.Г. Боголицын | А.А. Красикова | Н.В. Селиванова | С.С. Хвиюзов | Н.А. Самсонова

В настоящее время выращивание сеянцев основных лесохозяйственных пород осуществляют в тепличных комплексах, производя посадочный материал с закрытой корневой системой. В связи с особенностями данного процесса возникает вопрос об устойчивости получаемого посадочного материала к условиям окружающей среды. На рост и развитие сеянцев при многоротационных схемах выращивания будут влиять как тепличные условия, так и условия площадки закаливания. В связи с этим оценка готовности посадочного материала к переносу в открытый грунт становится актуальной научной задачей. С химической точки зрения одними из наиболее подходящих индикаторов для такой оценки являются вторичные метаболиты – конечные продукты биосинтеза. Цель исследования – изучение химических маркеров формирования древесного вещества как критериев завершения годичного цикла развития сеянцев (при летних сроках посева) и их готовности к вынесению в открытый грунт. Сосна обыкновенная – наиболее подходящий модельный объект для проведения исследований, поскольку она – типичный представитель хвойных лесов и имеет обширный ареал произрастания, а также высокий адаптационный потенциал. На ранних этапах развития сеянцы сосны, как правило, характеризуются повышенной чувствительностью к действию окружающей среды. Для анализа процессов биосинтеза основных компонентов древесной ткани применяли физико-химические методы. Исследована сезонная динамика фенольных соединений в отдельных частях однолетних сеянцев сосны обыкновенной. Выявлено: в момент выноса на площадку закаливания растения адаптируются к новому для них температурному режиму. Это выражается в снижении содержания низкомолекулярных фенольных соединений, препятствующих развитию неконтролируемых окислительных процессов, запускающихся под воздействием неблагоприятных и стрессовых условий среды. Обнаружено, что изменение уровня кониферилового спирта как предшественника макромолекулярных структур лигнина древесины является маркером лигнификации при вегетации растений. В качестве критериев завершения годичного цикла формирования сеянца и его готовности к высаживанию в естественную среду могут выступать содержание фенольных соединений (не менее 120–140 мг/г Сорг) и активность пероксидазы в «хвое» (0,1–0,3 ед. активности). Для цитирования: Гусакова М.А., Боголицын К.Г., Красикова А.А., Селиванова Н.В., Хвиюзов С.С., Самсонова Н.А. Характеристика формирования древесного вещества при выращивании сеянцев сосны обыкновенной с использованием химических маркеров // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 1. С. 36–48. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-1-36-48 | Currently, seedlings of the main silvicultural species are grown in greenhouses by the technology of ball-rooted planting material production. The process features raise the issue of the resulting planting material sustainability in relation to environmental conditions. Seedling growth and development in multi-rotation growing schemes will be influenced by both greenhouse and hardening site conditions. This makes assessing the planting material readiness for transfer to the open ground an urgent scientific task. Secondary metabolites (end products of biosynthesis) are one of the most suitable indicators for such an assessment from a chemical point of view. This study aims to explore chemical markers of wood substance formation as a criterion for completion of the annual development cycle of seedlings (at summer sowing dates) and their readiness for planting in the open ground. Scots pine is a good model object for the research, since it is a typical representative of coniferous forests, has an extensive range of growth as well as a high adaptive potential. Pine seedlings are usually highly sensitive to environmental conditions in the early stages of development. Physicochemical methods were used for the analysis of the biosynthesis processes of the main wood substance components. The seasonal dynamics of phenolic compounds content in different parts of annual Scots pine seedlings showed that the plants adapt to the temperature changes when they are brought to the hardening site. The adaptation includes a decrease in the content of low-molecular phenolic compounds preventing the development of uncontrolled oxidative processes when plant is exposed to adverse and stressful environmental conditions. It was found that the changes in the content of coniferyl alcohol as a precursor of lignin structures of coniferous wood can serve as a marker of lignification in the studied vegetation process. The content of phenolic compounds (at least 120–140 mg/g of TOC) and the peroxidase activity in needles (0.1–0.3 units of activity) may serve as criteriа for the completion of the annual cycle of seedling formation and the degree of its readiness for planting in the natural environment. For citation: Gusakova M.A., Bogolitsyn K.G., Krasikova A.A., Selivanova N.V., Khviyuzov S.S., Samsonova N.A. Characteristics of Wood Substance Formation during Growing of Scots Pine Seedlings Using Chemical Markers. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2022, no. 1, pp. 36–48. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-1-36-48

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation