Сезонные изменения фотосинтетического пигментного комплекса сфагновых мхов на примере Sphagnum papillosum Lindb.

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Авторами изучено содержание фотосинтетических пигментов и их соотношение в теплый период года (май-октябрь) и в период с устойчивым снежным покровом (апрель) у сфагнового мха Sphagnum papillosum Lindb. на олиготрофном болотном массиве в Архангельской области. Содержание фотосинтетических пигментов уменьшалось от мая к июлю, достигая минимума, а затем вновь возрастало к осени. Содержание пигментов в тканях мха под снегом было сравнимо с июльским минимумом. На основании результатов факторного и кластерного анализов было выдвинуто предположение, что пигментный комплекс S. papillosum в первой половине вегетации адаптирован к высокой инсоляции и длинному фотопериоду, что отражают такие показатели как соотношение хлорофиллов a/b и доля хлорофиллов в светособирающем комплексе. Кроме того, в ходе вегетации, по-видимому, происходит адаптация пигментного комплекса к условиям увлажнения, зависящим от выпадения атмосферных осадков, особенно в период летнего понижения уровня болотных вод, что отражает соотношение Хл/Кар.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. К. Штанг

ФГБУН Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лаверова Уральского отделения Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: a_shtang@inbox.ru
Russian Federation, Архангельск

Т. И. Пономарева

ФГБУН Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лаверова Уральского отделения Российской академии наук

Email: a_shtang@inbox.ru
Russian Federation, Архангельск

Д. А. Шпанов

ФГБУН Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лаверова Уральского отделения Российской академии наук

Email: a_shtang@inbox.ru
Russian Federation, Архангельск

References

  1. Дымова О.В., Головко Т.К. Фотосинтетические пигменты: функционирование, экология, биологическая активность // Известия Уфимского научного центра РАН. 2018. С. 5. https://doi: 10.31040/2222-8349-2018-4-3-5-16
  2. Aro E.-M. A comparison of the chlorophyll-protein composition and chloroplast ultrastructure in two bryophytes and two higher plants // Zeitschrift für Pflanzenphysiologie. 1982. V. 108. P. 97. https://doi.org/10.1016/S0044-328X(82)80060-3
  3. Glime J.M. Physiological ecology. In: Glime, J. M. Bryophyte Ecology. 2017. Ebook sponsored by Michigan technological university and the international association of bryologists, free access: https://digitalcommons.mtu.edu/bryophyte-ecology/
  4. Бабешина Л., Келус Н., Котляр М. История применения сфагновых мхов в медицине // Врач. 2016. № 12. С. 31.
  5. Gaudig G., Fengler F., Krebs M., Prager A., Schulz J., Wichmann S., Joosten H. Sphagnum farming in Germany – a review of progress // Mires and Peat. 2014. V. 13. P. 11.
  6. Миронов В.Л. Об экстремальных условиях вегетации Sphagnum majus в болотных топях Карелии // Труды ИБВВ РАН. 2017. Вып. 79-82. С. 115. https://doi.org/10.24411/0320-3557-2017-10057
  7. Миронов В.Л., Кузнецов О.Л., Канцерова Л.В., Кутенков С.А., Игнашов П.А., Талбонен Е.Л., Васюта В.С., Свирида А.Н. Сравнение линейных приростов и первичной продукции сфагновых мхов, полученных с применением трех методов исследований (болотная система Койвуламбисуо, Южная Карелия) // Труды КарНЦ РАН. 2023. № 8. С. 48.
  8. Shmakova N.Y., Markovskaya E.F. Photosynthetic pigments of plants and lichens inhabiting arctic tundra of West Spitsbergen // Russ. J. Plant Physiol. 2010. Т. 57. P. 764. https://doi.org/10.1134/S1021443710060038
  9. Шмакова Н.Ю., Марковская Е.Ф. Фотосинтетические пигменты мхов на Западном Шпицбергене // Ботанический журнал. 2012. № 6. С. 791.
  10. Зарубина Л.В., Коновалов В.Н. Особенности сезонной динамики пигментов в листьях растений сосняка кустарничково-сфагнового // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2009. № 4. С. 24.
  11. Селянина С.Б., Татаринцева В.Г., Зубов И.Н., Кутакова Н.А., Пономарева Т.И. Пигментный состав Sphagnum fuscum заболоченных территорий в условиях техногенного воздействия // Изв. Высш. Уч. Зав. Лесной журнал. 2020. № 6. С. 120. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-6-120-131
  12. Küttim M., Küttim L., Ilomets M., Laine A. Controls of Sphagnum growth and the role of winter // Ecol. Res. 2020. V. 35. P. 219. https://doi.org/10.1111/1440-1703.12074
  13. Бабешина Л.Г., Дмитрук В.Н., Дмитрук С.Е. Экологические группы сфагновых мхов Томской области // Доклады ТУСУР. 2004. Т. 1. № 9. С. 61.
  14. Pouliot R., Hugron S., Rochefort L. Sphagnum farming: A long-term study on producing peat moss biomass sustainably // Ecolog. Engin. 2015. V. 74. P. 135. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2014.10.007
  15. Gaudig G. Sphagnum growth and its perspectives for Sphagnum farming. Inauguraldissertation zur erlangung des akademischen grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. at.). Stralsund: Universität Greifswald, 2019. 108 p.
  16. Носкова М.Г. Полевой атлас-определитель сфагновых мхов таежной зоны Европейской России. Тула: Аквариус, 2016. 112 с.
  17. Игнатов М.С., Игнатова Е.А. Флора мхов средней части европейской России. Том 1. Sphagnaceae-Hedwigiaceae. Москва: КМК, 2003. 608 с.
  18. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids – pigments of photosynthetic biomembranes // Methods Enzymol. 1987. V. 148. P. 350. https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48036-1
  19. Ivanov L.A., Ronzhina D.A., Yudina P.K., Kalashnikova I.V., Ivanova L.A., Zolotareva N.V. Seasonal dynamics of the chlorophyll and carotenoid content in the leaves of steppe and forest plants on species and community level // Russ. J. Plant Physiol. 2020. V. 67. P. 453. https://doi.org/10.1134/S1021443720030115
  20. Наследов А.Д. SPSS 15: профессиональный статистический анализ данных. СПб: Питер, 2008. 416 с.
  21. Ионова Е.В., Лиховидова В.А., Лобунская И.А. Засуха и гидротермический коэффициент увлажнения как один из критериев оценки степени ее интенсивности (обзор литературы) // Зерновое хозяйство России. 2020. № 6. С. 18. https://doi.org/10.31367/2079-8725-2019-66-6-18-22
  22. Михалап С.Г., Воробьева Е.М., Судницына Д.Н., Борисов В.В. Использование многомерных методов анализа при изучении динамики биомассы планктонных сине-зеленых, диатомовых и зеленых водорослей в южной части Чудско-псковского озера // Труды КарНЦ РАН. 2022. № 6. С. 133. https://doi.org/10.17076/lim1626
  23. McCall K.K., Martin C.E. Chlorophyll concentrations and photosynthesis in three forest understory mosses in northeastern Kansas // Bryologist. 1991. № 94. P. 25. https://doi.org/10.2307/3243713
  24. Rice K.S., Aclander L., Hanson D.T. Do bryophyte shoot systems function like vascular plant leaves or canopies? Functional trait relationships in Sphagnum mosses (Sphagnaceae) // Am. J. Bot. 2008. V. 95. P. 1366. https://doi.org/10.3732/ajb.0800019
  25. Molchanov A.G. Gas exchange in Sphagnum mosses at different near-surface groundwater levels // Russ. J. Ecol. 2015. V. 46. P. 230. https://doi.org/10.1134/S1067413615030066
  26. Ivanov L.A., Ivanova L.A., Ronzhina D.A., Yudina P.K. Changes in the chlorophyll and carotenoid contents in the leaves of steppe plants along a latitudinal gradient in South Ural // Russ. J. Plant Physiol. 2013. V. 60. P. 812. https://doi.org/10.1134/S1021443713050075
  27. Головко Т.К., Дымова О.В., Пыстина Н.В. Адаптогенез фотосинтетического аппарата теневыносливых растений // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2001. С. 77.
  28. Шпак О.В. Эколого-физиологическая характеристика некоторых видов мхов в Хибинах. Дисс. … канд. биол. наук. СПб: Ботанический институт им. В. Л. Комарова, 2008. 96 с.
  29. Bucner O., Neuner G. Freezing cytorrhysis and critical temperature thresholds for photosystem II in the peat moss Sphagnum capillifolium // Protoplasma. 2010. V. 243. P. 63. https://doi.org/10.1007/s00709-009-0053-8
  30. Balagurova N., Drozdov S., Grabovik S. Cold and heat resistance of five species of Sphagnum // Ann. Bot. Fenn. 1996. V. 33. P. 33.
  31. Melick D.R., Seppelt R.D. Seasonal investigations of soluble carbohydrates and pigment levels in antarctic bryophytes and lichens // Bryolog. 1994. V. 97. P. 13. https://doi.org/10.2307/3243343
  32. Sofronova V.E., Chepalov V.A., Dymova O.V., Golovko T.K. The role of pigment system of an evergreen dwarf shrub Ephedra monosperma in adaptation to the climate of Central Yakutia // Russ. J. Plant Physiol. 2014. V. 61. P. 266. https://doi.org/10.7868/S001533031401014X
  33. Suleiman A.A.A., Lewis D.H. Carbohydrate metabolism in the leafy liverwort, Plagiochyla asplenioides (L.) dum. var. major nees. // New Phytol. 1980. P. 45. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1980.tb00748.x
  34. Marschall M., Proctor M.C.V. Are bryophytes shade plants? Photosynthetic light responses and proportions of chlorophyll a, chlorophyll b and total carotenoids // Ann. Bot. 2004. P. 593. https://doi.org/10.1093/aob/mch178
  35. Грабовик С.И., Кузнецов О.Л. Рост и продуктивность сфагновых мхов на естественных и трансформированных болотах Карелии // Труды КарНЦ РАН. 2016. № 4. С. 59. https://doi.org/10.17076/eco290
  36. Dymova O.V., Golovko T.K. Pigment apparatus in Ajuga reptans plants as affected by adaptation to light growth conditions // Russ. J. Plant Physiol. 2007. V. 54. P. 39. https://doi.org/10.1134/S1021443707010062
  37. Kolupaev Y.E., Karpets Y.V., Kabashnikova L.F. Antioxidative system of plants: cellular compartmentalization, protective and signaling functions, mechanisms of regulation (review) // Appl. Biochem. Microbiol. 2019. V. 55. P. 441. https://doi.org/10.1134/S0003683819050089
  38. 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. https://doi.org/10.31857/S0044459620040065
  39. Хозеева Е.В., Зимина Ю.А., Срослова Г.А. Окислительный стресс растений: химия, физиология, способы защиты // Природные системы и ресурсы. 2020. Т. 10. № 4. https://doi.org/10.15688/nsr.jvolsu.2020.4.4

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Hydrometeorological characteristics of the growing conditions of Sphagnum papillosum in the period from May to October: (a) – the average monthly air temperature in 2021 and according to the average annual data; (b) – the amount of precipitation by month in 2021 and according to the precipitation rate; (c) – the level of swamp waters in 2021. The numbers above The precipitation chart indicates the actual number of days with precipitation (for 2021) and the average annual number of days with precipitation (for precipitation norm).

Download (257KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dynamics of precipitation and average daily air temperature in the Ilassky swamp massif in May-October 2021

Download (176KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dendrogram of similarity of indicators of moss adaptation to seasonal light conditions (chlorophyll a/b ratio, chlorophyll fraction in CSC) in seasonal dynamics. A, B are dedicated clusters.

Download (260KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dendrogram of similarity of indicators of adaptation of moss to the regime of atmospheric humidification (Hl/Kar ratio, precipitation). A, B, C are dedicated clusters.

Download (265KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences