Сезонные изменения пигментного комплекса хвои сосны сибирской в условиях высотной поясности Западного Саяна

На территории природного парка «Ергаки» была заложена трансекта с четырьмя пробными площадями, пересекающая верхнюю границу леса при переходе от горно-таежного к гольцово-тундровому поясу. На высоте более 1630 м над уровнем моря древесная растительность представлена стланиковыми формами Pinus sibirica высотой до 1 м. Линия передовых деревьев, имеющих типичную для сосны сибирской стволовую форму, проходит между высотами 1630 и 1550 м над уровнем моря, а верхняя граница леса – между 1550 и 1500. Ниже 1500 м расположен смешанный мелкотравный пихтово-кедровый лес с преобладанием Pinus sibirica, а ниже 1450 – смешанный крупнотравный кедрово-пихтовый лес с преобладанием Abies sibirica. В ходе исследования пространственно-временной изменчивости пигментного комплекса хвои сосны сибирской в условиях высотной поясности Западного Саяна были выявлены как общие тенденции сезонной динамики хлорофиллов и каротиноидов, так и особенности пигментного состава хвои деревьев сосны сибирской, произрастающих на разной высоте над уровнем моря. Высокое отношение ССК/ХБК, характерное для растений верхней пробной площади, свидетельствует об их малой продуктивности, а низкое отношение суммы хлорофиллов к каротиноидам – о стрессоустойчивости в отношении сочетания низкой температуры и высокой освещенности.  Естественный отбор выше границы леса, по-видимому, направлен на выживание не высокопродуктивных  особей сосны сибирской, а стрессоустойчивых медленно растущих стланниковых форм, которые, создавая микрокуртины, могут стать основой для появления стволовых форм сосны сибирской. 

1. Анализ изменений сроков сезонных явлений у древесных растений заповедника Столбы в связи с климатическими факторами / Т. М. Овчинникова, В. А. Фомина, Е. Б. Андреева [и др.] // Хвойные бореальной зоны. 2011. Т. 28, № 1-2. С. 54–59.

2. Бендер О. Г., Зотикова А. П., Велисевич С. Н. Особенности водного обмена и состояния пигментного комплекса хвои кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour) в горах Северо-Восточного Алтая // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2009. № 3(7). С. 63–72.

3. Бендер О. Г. Структурные и функциональные особенности хвои кедра сибирского и кедрового стланика в условиях юга западной Сибири // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии. 2019. № 18. С. 467–471.

4. Влияние условий произрастания сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour) на процессы фотосинтеза и транспирации / А. П. Глинушкин, С. М., Хамитова, Н. А. Бабич, Е. В. Думачева [и др.] // Хвойные бореальной зоны. 2022. Т. 40, № 5. С. 361–368.

5. Газообмен и пигментная система растений Кольской Субарктики (Хибинский горный массив) / Л. М. Лукьянова, Т. Н. Локтева, Т. М. Булычева. Апатиты : Изд-во Кольский филиал АН СССР, 1986. 128 с.

6. Герасименко Т. В., Попова И. А., Александро- ва Н. М. К характеристике фотосинтетического аппарата фотосинтеза растений арктической тундры (о. Врангеля) // Ботанический журнал. 1989. Т. 74, № 5. С. 669–679.

7. Генетическое разнообразие кедра сибирского при интродукции на Южном Урале и в Башкирском Предуралье / Шигапов З. Х., Путенихина К. В.,. Шигапова А. И. [и др.] // Сибирский лесной журнал. 2016. № 5. С. 137–146.

8. Головко Т. К., Яцко Я. Н., Дымова О. В. Сезонные изменения состояния фотосинтетического аппарата трех бореальных видов хвойных растений в подзоне средней тайги на европейском северо-востоке // Хвойные бореальной зоны. 2013. Т. 30, № 1–2. С. 73–78.

9. Зарубина Л. В., Хамитов Р. С., Пилипко Е. Н. Особенности формирования пигментного фонда в хвое елового подроста в березняках черничных в зависимости от светового режима в условиях Архангельской области // The Scientific Heritage. 2021. № 754(75). С. 8–12.

10. Зотикова А. П., Бендер О. Г. Структура и функция ассимиляционного аппарата кедра сибирского в горах Центрального Алтая // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Биология. 2009. № 2 (1). С. 80–89.

11. Котеева Н. К. Особенности сезонной ритмики ультраструктуры клеток апикальной меристемы побега и мезофилла хвои Pinus sylvestris (Pinaceae) // Ботанический журнал. 2002. № 87 (11). С. 50–60.

12. Маслова Т. Г., Марковская Е. Ф., Слемнев Н. Н. Функции каротиноидов в листьях высших растений (обзор) // Журнал общей биологии. 2020. Т. 81, № 4. С. 297–310.

13. Пахарькова Н. В., Кузьмина Н. А., Кузнецова Г. В., Кузьмин С. Р. Диагностика устойчивости представителей рода Pinus к периодическим повышениям температуры в зимне-весенний период // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2019. № 227. С. 88–106.

14. Плюснина С. Н., Тужилкина В. В. Структурнофункциональная характеристика фотосинтетического аппарата подроста Pinus sylvestris (Pinaceae) в подзоне средней тайги европейского Северо-Востока // Ботанический журнал. 2021. № 106 (11). С. 1072–1084.

15. Попова О. Ф., Слемнев Н. Н., Попова И. А., Маслова Т. Г. Содержание пигментов пластид у растений пустынь Гоби и Каракумы // Ботанический журнал. 1984. Т. 69, № 3. С. 334–344.

16. Растения и лишайники Западного Шпицбергена: экология, физиология / Е. Ф. Марковская, Н. Ю. Шмакова. Петрозаводск : Изд-во ПетрГУ, 2017. 270 с.

17. Структурно-функциональные изменения фотосинтетического аппарата у зимневегетирующих хвойных растений в различные сезоны года / Т. Г. Маслова, Н. С. Мамушина, О. А. Шерстнева, Л. С. Буболо [и др.] // Физиология растений. 2009. Т. 56, № 4. С. 672–681.

18. Рубин А. Б., Венедиктов П. С., Кренделева Т. Е. Регуляция первичных стадий фотосинтеза при изменении физиологического состояния растений // Фотосинтез и продукционный процесс. М. : Наука, 1988. С. 29–39.

19. Разнообразие фотосинтетического аппарата растений: анализ биологических, экологических и эволюционных рядов / Н. Н. Слемнев, С. Н. Шереметьев, Т. Г. Маслова, [и др.] // Ботанический журнал. 2012. Т. 97, № 11. С. 1377–1396.

20. Справочно-информационный портал «Погода и климат» 2004-2023 [Электронный ресурс]. URL: http://www.pogodaiklimat.ru/.

21. Тихонова И. В., Корец М. А. Изменчивость метеорологических условий произрастания хвойных пород в Средней Сибири с 1960 г. // Лесоведение. 2021. № 2. С. 173–186.

22. Тужилкина В. В., Цепордей И. С., Данилин И. М. Пигментный комплекс хвои сосны в лесах европейского Северо-Востока // Лесоведение. 2012. № 4. С. 16–23.

23. Усольцев В. А., Цепордей И. С., Данилин И. М. Прогнозирование биомассы кедровых сосен Северной части Азии при изменении климата // Хвойные бореальной зоны. 2022. Т. 40, № 5. С. 410–423.

24. Шмакова Н. Ю., Лукьянова Л. М., Ермолаева О. В. Фотосинтетический аппарат растений Хибин // Ботанический журнал. 2011. Т. 96, № 2. С. 273–278.

25. Andersson B., Haehnel W. Location of Photosystem 1 and Photosystem 2 reaction centres in different thylakoid regions of stacked chloroplasts // FEBS Lett. 1982. Vol. 146, № 1, Р. 13–17.

26. Bag P., Chukhutsina V., Zhang Z., et al. Direct energy transfer from photosystem II to photosystem I confers winter sustainability in Scots Pine // Nature Communications. 2020. № 11. Р. 6388.

27. Dymova O., Dalke I., Golovko T. Pigment characteristics of the plants of northern ecosystems and their correlation with photosynthetic activity // Photosynthetic Pigments – Chemical Structure, Biological Function and Ecology. Syktyvkar : Komi SC UB RAS, 2014. P. 221–236.

28. Gilmore A. M. Mechanistic aspects of xanthophyll cycle dependent photoprotection in higher plant chloroplast and leaves // Physiol. Plant. 1997. Vol. 99, № 2. P. 197–209.

29. Kharuk V. I., Im S. T., Petrov I. A. Alpine ecotone in the Siberian Mountains: vegetation response to warming // Journal of Mountain Science. 2021. № 18 (12). P. 3099–3108.

30. Pakharkova, N. V., Heilmeier, H., Gette, I. G., et al. Quantitative characteristics of the phases of winter dormancy of conifer species at a site in Central Siberia // Revista Brasileira de Botanica. 2016. № 39 (4). Р. 1005–1014.

31. Pakharkova N., Borisova I., Sharafutdinov R., Gavrikov V. Photosynthetic pigments in Siberian pine and fir under climate warming and shift of the timberline // Forests. 2020. № 11 (1). Р. 63.

32. Ruban A. V. Evolution under the sun: optimizing light harvesting in photosynthesis // Journal of Experimental Botany. 2015. Vol. 66, № 1. P. 7–23.

33. Shiyatov S. G., Hantemirov R. M., Schweingruber F. H., et al. Potential long-chronology development on the Northwest Siberian Plain: early results // Dendrochronologia. 1996. № 14. Р. 13–29.

34. Schreiber U., Armond P. A. Heat-induced changes jf chlorophyll fluorescence in isolated chloroplasts and related heat damage at the pigment level // BBA, 1978, Vol. 502, № 1. Р. 138–151.

35. Sofronova V. E., Dymova O. V., Golovko T. K., et al. Adaptive Changes in Pigment Complex of Pinus sylvestris Needles upon Cold Acclimation // Russian Journal of Plant Physiology. 2016. № 63 (4). Р. 433–442.

36. Thornber J. P. Chlorophyll-proteins: lightharvesting and reaction Centre components of plants // Annual Rev. Pl. Physiol. 1975. Vol. 26. P. 127–158

37. Wintermans, J. E. G.; De Mots, A. Spectrophotometric Characteristics of chlorophyll a and b and their phaeophytins in ethanol // Biochimica et Biophysica Acta. 1965, № 109. Р. 448–453.

38. Zagirova S. V. Structure and CO2 Exchange in the Needles of Pinus sylvestris and Abies sibirica // Russian Journal of Plant Physiology. 2001. № 48 (1). Р. 23–28.