Сезонная динамика содержания фотосинтетических пигментов и марганца в хвое сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.) (стр. 4 )

Прямое влияние марганца на синтез хлорофилла связано, прежде всего, с тем, что он входит в состав флавиновых ферментов, участвующих в синтезе порфобиллиногена. Вместе с тем, данный микроэлемент участвует в упрочнении связи хлорофилл–белок, предохраняя пигмент от прежде временного разрушения. Этим можно объяснить повышение содержания марганца в зимние месяцы. При этом учитывается, что изменения активности фотосинтетического аппарата, происходящие в зимний период, обратимы, поскольку деревья хвойных пород приспособлены к переживанию морозов и сохраняют иглы в течение нескольких лет (Барская, 1967).

Как видно из рис. 4 содержание данного микроэлемента больше в хвое II года в зимнее время, чем в хвое I года в этот же период. Затем количество марганца в хвое обоих лет выравнивается. По-видимому, в весенние месяцы энергично синтезируются вещества, идущие на увеличение собственного веса хвои, а в дальнейшем, когда лист достигает нормальных размеров, идет энергичное накопление марганца, а, следовательно, вероятно и активное накопление стрессорных белков. Поэтому хвоя первого года (молодая) чаще подвергается разрушающему действию низких отрицательных температур в отличие от хвои второго года. Полученные результаты совпадают с данными о накоплении марганца растениями в различные месяцы года. [5].

Таким образом, динамика содержания марганца в хвое сосны обыкновенной имеет прямую корреляцию с динамикой отрицательных температур, то есть чем ниже температуры окружающей среды, тем выше концентрация данного микроэлемента в изучаемом объекте.

Представляется интересным сравнение этих данных с результатами, полученными ранее нами, которые свидетельствуют, что подобная закономерность отмечается и в динамике каротиноидов. Динамика зеленых пигментов в те же годы имеет противоположную направленность. Сходная динамика марганца и каротиноидов, по-видимому, не случайна, т. к. известно, что данный микроэлемент повышает содержание каротиноидов. Особое внимание заслуживает тот факт, что марганец способствует увеличению содержания углеводов в иглах хвойных растений. Роль последних в устойчивости клеток к отрицательным температурам общеизвестна.

На основании полученных результатов и литературных данных можно констатировать, что участие марганца в упрочнении связи хлорофилл-белок и предохранение его от разрушения может быть одной из причин устойчивости хвойных к низким температурам и их способности осуществлять фотосинтез даже зимой. Марганец необходим для нормального протекания фотосинтеза, он участвует в процессе на этапе разложения воды и выделения кислорода (фотолиз воды), а также восстановления углекислого газа. Другой причиной устойчивости хвойных растений к низким отрицательным температурам может быть то, что функционально активный марганец в фотосинтетической мембране связан с белками, образуя хелатные соединения. Это дает основание для предположения, что некоторые из этих металлоорганических соединений играют роль в адаптации хвойных растений к низкотемпературному стрессу.

ВЫВОДЫ

1. Содержание зеленых и желтых пигментов не остается постоянным в течение года. Минимальное содержание хлорофиллов отмечается в зимний период, но полного разрушения хлорофиллов в этот период не наблюдается.

2. Одна из причин относительно высокой устойчивости хвойных к низким отрицательным температурам, в частности сосны обыкновенной, может быть обусловлена повышением содержания каротиноидов в зимние месяцы.

3. Повышенное содержание каротиноидов в зимний период обеспечивает повышение температуры хвои на 10–140 С по сравнению с температурой окружающей среды, что способствует осуществлению фотосинтеза в период низких отрицательных температур.

4. Устойчивость хвойных вечнозеленых пород деревьев (сосна обыкновенная) к действию низких отрицательных температур обусловлена не только повышенным содержанием желтых пигментов, но и марганца, содержание которого в зимний период года также наибольшее.

5. Высокое содержание активного марганца, входящего в состав фотосинтетической мембраны и связанного с белками (вероятно стрессовыми белками), по-видимому, способствует адаптации сосны обыкновенной к низким отрицательным температурам.

6. В эксперименте четко прослеживается прямая корреляция между отрицательными температурами и содержанием каротиноидов и марганца. Это указывает на то, что они совместно принимают участие в адаптации хвойных к низким отрицательным температурам.

Литература

1. Полевой растений: Учеб. для биол. спец. вузов - М.: высш. шк., 1989 – 464 с.

2. Очерки об адаптационном синдроме. Пер. с англ. и . – М.: Медгиз, 1960. – С. 254.

3. Болондинский исследования динамики фотосинтеза у сосны обыкновенной// Эколого-физиологические исследования фотосинтеза и водного режима растений в полевых условиях - Иркутск: СиФИБР СО АИ СССР, 1983.

4. Кутюрин воды при фотосинтезе как процесс биологического окисления. - В сб. Механизм дыхания, фотосинтеза и фиксации азота. М.: «Наука», 1967.

5. , Давыдов как микроэлемент в связи с биохимией и свойствами таннидов., Челябинское книжное издательство, 1961.

6. , .Генетические основы радиоре­зистентности и эволюция. – М..: Энергоатомиздат,1993. – С. 208.

7. Гродзинский растительных систем. – Киев, 1983. – 366 с.

8. Физиология сосны обыкновенной /, , и др.- Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1990. – 248 с.

9. Физиология древесных растений - М.: Лесная промышленность, 1974. – 420 с

10. Молчанов лес и влага. М.: Наука, 1983. – 139 с.

11. Физиолого-биохимические механизмы роста хвойных. Ответв. редакторы канд. с. - х. наук , канд. биол. наук . Изд-во «Наука» Сибирское отделение. Новосибирск, 1978.

12. Новицкая сосны к экстремальным факторам среды // Физиолого-биохимические основы роста и адаптации сосны на Севере. - Л.: Наука. Ленинградское отделение, 1985. – С. 113–138.

13. , Леванидов двухвалентного марганца перекисью водорода в присутствии цитрат-иона /В сб. Биохимическая роль марганца в растениях. Челябинск, 1967.

14. , Гавриленко и физиология фотосинтеза. Издательство Московского университета 1977.

15. Микроэлементы в жизни растений. – Л.: изд-во «Наука», Ленингр. отд. – 324 с.

16. , , Хандобина практикум по физиологии растений. Фотосинтез. Дыхание. Учебное пособие. М., «Высшая школа», 1975. – 392 с.

17. , Чикина обмен у сосны на Севере. - Л.: Наука. Ленинградское отделение, 1980. – 166 с.

18. Ходасевич аппарат хвойных: Онтогенетический аспект. - Мн: Наука и техника, 1982. – 199 с.

19. Годнев и его роль в природе (конспект лекций по избранным главам физиологии растений). – Минск.: изд-во Белгосуниверситета им. , 1955.

20. Возилова биосинтеза хлорофилла в хвое проростков сосны обыкновенной (автореферат) Томск, 1971.

21. Карнаухов функции каротиноидов. М.: Наука, 1988. –240 с.

22. Дубров и физиологические эффекты действия ультрафиолетовой радиации на высшие растения. М.: Наука, 1968. – 250 с.

23. , Похлебаев -биохимические основы адаптации сосны обыкновенной к экстремальным абиотическим факторам среды обитания. / Экологический вестник Челябинской области. Издательство «СОХА», № 5-6 (16), 2003. – С. 97–109.

24. Крамер, Козловский. Физиология древесных растений / Documents and Settings\Дом.1-ABA9857062AF4, 7 января, 2003.

25. , . Климатогенная реакция деревьев сосны на юге Томской области /Журнал Сибирского Федерального университета: Серия «Биология», т. 1, № 4. – 2008.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 1. Содержание хлорофилла а в хвое сосны обыкновенной первого и второго года

Рис. 2. Содержание хлорофилла в в хвое сосны обыкновенной первого и второго года

Рис.3. Содержание каротиноидов в хвое сосны обыкновенной первого и второго года

Таблица 1. Содержанию зеленых и желтых пигментов (мг/г сырого веса) в хвое I и II года сосны обыкновенной в зависимости от сезонности

	март	май	июль	сентябрь	декабрь	февраль
	I г.	II г.	I г.	II г.	I г.	II г.	I г.	II г.	I г.	II г.	I г.	II г.
содержание хл.а	0,6	0,75	0,79	0,82	0,89	0,87	0,79	0,82	0,74	0,8	0,65	0,79
содержание хл в	0,19	0,25	0,25	0,29	0,31	0,32	0,26	0,29	0,24	0,27	0,2	0,26
содержание каротин-ов	0,39	0,42	0,37	0,4	0,37	0,37	0,38	0,4	0,39	0,42	0,40	0,45
отношение хл а/хл в	3,16	3	3,16	2,8	2,9	2,7	3	2,8	3,1	3	3,25	3,16

Таблица 2. Содержание марганца в хвое I года сосны обыкновенной в зависимости от сезонности

№ п/п	месяцы	масса хвои, г	масса золы хвои, г	оптическая плотность, нм	масса Мn, мг/кг а. с.в.
1	август	2,90	0,09	0,011	62,09
2	октябрь	1,03	0,03	0,009	142,8
3	декабрь	1,73	0,04	0,016	151,2
4	февраль	1,21	0,04	0,011	148,9
5	апрель	1,86	0,06	0,014	123,4
6	май	3,65	0,12	0,014	64,16

Таблица 3. Содержание марганца в хвое II года сосны обыкновенной в зависимости от сезонности

№ п/п	месяцы	масса хвои, г	масса золы хвои, г	оптическая плотность, нм	масса Мn, мг/кг а. с.в.
1	август	2,80	0,07	0,010	66,3
2	октябрь	1,40	0,04	0,014	164,1
3	декабрь	1,20	0,03	0,017	232,4
4	февраль	1,84	0,04	0,026	231,4
5	апрель	1,56	0,05	0,014	147,3
6	май	3,28	0,11	0,014	70,1

Рис. 4. Содержание марганца в хвое сосны обыкновенной первого и второго года в зависимости от сезонности