Адаптация кедровых сосен на уровне подземных органов



Скачать 74.71 Kb.
Дата01.05.2016
Размер74.71 Kb.
Адаптация кедровых сосен на уровне подземных органов
Панов А.Н.

(ИМКЭС СО РАН, г. Томск, Россия)
At the present there is a necessary to develop unbiased criteria in order to assess a contribution of underground organs to adaptation mechanism of trees to environment changed. The seasonal adaptation of root systems to new sites is demonstrated in stone pines in Northern and Eastern Asia.
Лесные сообщества стремятся к приобретению и закреплению признаков, способствующих приспособлению к конкретным условиям окружающей среды, и подчиняются фундаментальным общебиологическим законам [1]. Вопросы возобновления и сохранения лесов в условиях глобального изменения климата требуют широкомасштабного изучения механизмов адаптации растительности в условиях естественного произрастания. Формирование и развитие фитоценозов сопровождается множеством частных явлений, способных влиять на морфологию растений и реализацию их функций. Степень влияния того или иного фактора внешней среды должен зависеть от условий местообитания растительного организма. Целью настоящего исследования явилось изучение закономерностей поглотительной деятельности кедровых сосен из различных регионов, произрастающих в условиях лесного питомника.

Объектом исследования служили двухлетние сеянцы кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour), кедра корейского (Pinus Koraiensis Sieb. et Zucc.), кедрового стланика (Pinus pumila (Pall) Regel) сибирской популяции и стланика из восточной части ареала. Растения выращивали на экспериментальной базе Института в пос. Курлек Томской области. Определяли общую и рабочую поверхность корней. В качестве адсорбируемого вещества использовали метиленовый синий, его поглощение определяли на спектрофотометре UV-1601PC (Shimadzu) при длине волны 670 нм.

Известно, что 1 мг метиленовой синей при адсорбции покрывает 1,1 м 2 поверхности адсорбента. Метод основан на том, что растительные ткани имеют так называемое свободное пространство – поры в стенках клеток и межклетники, доступные для свободной диффузии растворенных веществ. При погружении корней в раствор происходит его диффузия по свободному пространству периферических клеток, адсорбция молекул, как на наружной поверхности клеток, так и на стенках пор. Проводили погружение корней в 0,0002 н. раствор метиленовой синей в первый стакан на 2 минуты. Происходило поглощение адсорбента шероховатой наружной поверхностью корневой системы. При повторном погружении совершалось передвижение вещества внутри корня к проводящим сосудам корня. Третье погружение приводило к насыщению деятельной или рабочей части корневой системы, которая снабжает надземные органы растений [2]. В корневой системе растений наряду с шероховатой наружной поверхностью имеется сложная внутренняя структура с сильно развитой поверхностью, способствующая мгновенной адсорбции поглощенного вещества. На продвижение веществ внутрь корней затрачивается относительно много времени, что замедляет ход поглощения веществ корневой системой [3].

Поглощение сорбента в июне было максимально у кедра сибирского. Кедр корейский в июне поглощал в два раза больше метиленового синего относительно стлаников. Обе группы стлаников обладали практически равной интенсивностью поглощения веществ деятельной поверхностью корневой системы. В августе процессы поглощения адсорбируемого вещества подземными органами у кедра сибирского сохранялось на уровне июня. Иная картина отмечалось у стлаников. Обе группы стлаников значительно активизировали интенсивность поглощения красителя именно в августе. Они практически вышли на один уровень адсорбции с кедром сибирским и кедром корейским (табл. 1).

Таблица 1

Площадь корневой системы кедровых сосен, квадратный метр




Показатель

Группа

Кедр сибирский

Кедр корейский

Кедровый стланик

сибирская популяция

восточная часть ареала

июнь

Поверхность корневой системы

38,21±3,51

34,35±3,07

17,41±6,65

13,60±4,09


август

Поверхность корневой системы

37,20±2,07

34,09±0,37

33,36±0,15

36,09±1,57

рабочая


37,13±1,61

33,75±0,13

33,36±0,15

36,09±1,57

Семена кедра сибирского взяты из местной популяции. Следовательно, данные сеянцы отражают механизмы адаптации к климатическим условиям Западной Сибири. Изменение в вегетационном развитии корней других исследованных видов можно рассматривать в качестве приспособления к местным условиям произрастания. Литературные данные показывают, что рост сеянцев сосны может, тормозился при повышении температуры в области корнеобитаемого слоя [4]. Кедр сибирский по экологической природе – дерево горное, но он широко распространен в равнинных лесах на влажных лесных почвах. Он отличается теневыносливостью в молодости, значительной холодоустойчивостью и способностью образовывать придаточные корни, а также требовательностью к относительной влажности воздуха. Корневая система кедра сибирского состоит из короткого стержневого корня и распростертых боковых корней, оканчивающихся корневыми волосками. На данных корнях развивается микориза. [5].

Кедр сибирский в начале вегетационного сезона относительно других групп имел самую большую общую поверхность корневой системы. Рабочая поверхность составляла половину от общей поверхности. В течение двух летних месяцев наблюдали тенденцию к сокращению деятельной поверхности корней кедра сибирского. Характерной особенностью растений является способность поддерживать разные скорости роста по органам и частям растений. Такой неравномерный рост имеет большое значение при реализации адаптивной стратегии [6].

Кедр корейский требователен к высокой влажности воздуха, но может расти на сухих горных склонах [7]. Лесной питомник имеет относительно ровную поверхность, и процессы фильтрации воды отличаются от горных склонов, следовательно, влажность почвы длительное время остается на одном уровне. Наши данные показывают, что общая и рабочая поверхность корневой системы кедра корейского была меньше, чем у кедра сибирского. Однако снижение поверхности корней в среднем на 10 % показывает, что кедр корейский способен на уровне подземных органов адаптироваться к новым условиям жизни.

Корневая система кедрового стланика (Pinus pumila) в основном сосредоточена в слое лесной подстилки и мхов, что может оказывать неблагоприятное воздействие на рост корней. Становление вида происходило в обстановке постоянной жесткости внешней среды, прежде всего недостатка тепла и кратковременного периода вегетации. Особенность Р. pumila заключается в постоянном укоренении боковых веток с образованием ”дочерних” стволов. В случае гибели главного ствола дочерние особи увеличивают темпы роста, быстро укореняются и получают автономию [8]. Общая поверхность корневой системы кедрового стланика в начале сезона была почти на половину меньше, чем у кедра сибирского. Выращивание кедрового стланика в равнинной зоне Западной Сибири привело к значительному увеличению общей и рабочей поверхности корневой системы стлаников. Поверхность корневой системы стланика из восточной части его ареала в начале летнего сезона отставала от остальных групп, что может свидетельствовать о некотором дефиците влаги. Август с достаточным количеством атмосферных осадков благоприятствовал развитию общей поверхности корневой системы, которая сравнялась с кедром сибирским.

Таким образом, результаты наших исследований показали, что сезонные изменения в строении подземных органов кедровых сосен Северной и Восточной Азии направлены на повышение приспособляемости растительных организмов к окружающей среде. Наблюдаемая пластичность корневых систем анализируемых хвойных растений в условиях лесного питомника способна обеспечить освоение новых ниш через изменение такого показателя, как физиологически активная проводящая система корней. На равнинной части Западной Сибири в течение вегетационного периода наблюдали запаздывание в процессе формировании рабочей поверхности у кедрового стланика. На уровне адаптивных процессов стланики в течение летнего сезона увеличивали в два раза общую и рабочую поверхность корней.


Литература

  1. Ламан Н.А. Концепция биологического потенциала в исследованиях продукционного процесса // Регуляция роста, развития и продуктивности растений. Материалы II Международной конференции г. Минск: ИЭБ НАНБ 2001 г С. 3-7.

  2. Викторов Д.П. Практикум по физиологии растений. Изд-во Воронежского университета, 1991. 153 с.

  3. Колосов И.И. Поглотительная деятельность корневых систем растений. М.: изд-во АН СССР, 1962. 385 с.

  4. Livonen Sari, Vapaavuori Elina, Ryyppo Effects of root zone temperature and nutrient availability on growth, gas exchange and plasma membrane properties in Scots pine seedlings // Plant Physiol. - 1997. - 114, № 3, Suppl. - С. 263.

  5. Бех И.А., Таран И.В. Сибирское чудо-дерево. Новосибирск: Изд-во ”Наука” Сибирское отделение, 1979. 125 с.

  6. Усманов И.Ю., Рахманкулова З.Ф., Кулагин А.Ю. Экологическая физиология растений. М.: Логос, 2001. 224 с.

  7. Крылов Г.В., Таланцев Н.К., Козакова Н.Ф. Кедр. М.: Лесная промышленность, 1983. 216 с.

  8. Уткин А.И., Пряжников А.А., Карелин Д.В. Экология кедрового стланика с позиции углеродного цикла // Лесоведение 2001. №3. С. 52-62.

На современном этапе существует необходимость разработки объективных критериев, позволяющих оценивать вклад подземных органов в механизм адаптации древесных растений к изменяющимся условиям внешней среды. На примере кедровых сосен Северной и Восточной Азии показаны сезонные приспособления корневых систем к новым условиям произрастания.


Работа поддержана проектом фундаментальных исследований СО РАН 23.1.7
Фамилия Панов

Имя Александр

Отчество Николаевич

Ученое звание

Степень к.б.н.

Организация Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН

Должность с.н.с.

Адрес организации 634055, г. Томск, пр. Академический, 10/3

Рабочий телефон (8-382-2) 49-26-70

Домашний телефон (8-382-2) 95-32-92



E-mail Panov@imces.ru

Название доклада Адаптация кедровых сосен на уровне подземных органов

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал