Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Адаптивные особенности анатомии листа и содержание пигментов степных растений Восточного Забайкалья

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Мункуева, Баярма Дмитриевна

специальность 03.00.16. - Экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: кандидат биологичих наук,н М.Г. Буинова

Научный кольтант: доктор биологичих наук,н В.К. Кашин

Улан-Удэ

Содержание

Введение.

Глава I. Эколого-географическая характеристика района исследования

1.1. Рельеф.

1.2. Климат.—.

1.3. Почвенный покров.

1.4. Растительный покров.

Глава II. Объекты и методы исследований

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

Глава III. Анатомическая структура листа растений Восточного Забайкалья

3.1. С остояние изученности вопроса.

3.2. Особенности анатомического строения листа растений байкальскошлемниково-китайсковострецового сообщества.

3.3. Особенности анатомического строения листа растений красодневово-злакового сообщества.

Глава IV. Дневная и сезонная динамика содержания пигментов в листьях растений Восточного Забайкалья

4.1. Состояние изученности вопроса.

4.2. Дневная динамика содержания пигментов в листьях растений байкальскошлемниково-китайсковострецового сообщества.

4.3. Сезонная динамика содержания пигментов в листьях растений байкальскошлемниково-китайсковострецового сообщества.

4.4. Дневная динамика содержания пигментов в листьях растений красодневово-злакового сообщества.

4.5. Сезонная динамика содержания пигментов в листьях растений красодневово-злакового сообщества.

Глава V. Содержание хлорофилла в листьях растений различных сообществ Восточного Забайкалья

5.1. Состояние изученности вопроса.

5.2. Содержание хлорофилла, соотношение его компонентов в листьях растений байкальскошлемниково-китайсковострецового сообщества.

5.3. Содержание хлорофилла, соотношение его компонентов в листьях растений красодневово-злакового сообщества.

5.4. Содержание хлорофилла, соотношение его компонентов в листьях растений злаково-нителистникового сообщества.

5.5. Содержание хлорофилла, соотношение его компонентов в листьях растений злаково-стоповидноосокового сообщества с участием Pentaphylloides parvifolia.

5.6. Содержание хлорофилла, соотношение его компонентов в листьях растений сообществ нителистниковой степи.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Адаптивные особенности анатомии листа и содержание пигментов степных растений Восточного Забайкалья"

Актуальность исследования

В последние годы в результате усиления антропогенного воздействия проявляется дефицит растительных ресурсов, снижается их продуктивность и качество. Проблемы восстановления растительного покрова, увеличения его продуктивности предполагают выполнение специальных теоретических разработок и практического решения путем подбора определенных видов растений для внедрения в нарушенные сообщества и создания искусственных фитоценозов различного хозяйственного использования. В целях выполнения этой задачи целесообразно изучение в природе и выявление высоко адаптивных к жестким условиям существования растений местной флоры на основе исследования экологических и функциональных особенностей. Среди большого числа адаптивных свойств растений особую значимость представляют физиологические функции растений, тесно связанные с анатомо-морфологическими особенностями и лежащие в основе адаптации их к условиям обитания. К настоящему времени выявлены структурно -функциональные адаптации фотосинтетического аппарата у растений разных природно-климатических зон России и других сопредельных стран (Цельникер, 1973, 1975, 1978; Горышина и др., 1974, 1975, 1977; Ракитская, Кахнович, 1974; Мокроносов, Шмакова, 1978; Дьяченко, 1978; Горышина, 1979, 1989; Баринов, 1980; Буинова, 1986; Шийрэвдамба и др, 1990; Пьянков 1993; Maslova, Popo va, 1993; Зверева, 1998; Куренкова, 1998; Иванова, 2002). Однако подобных исследований в Забайкалье недостаточно, а в восточной части его такие работы не проводились.

Цель и задачи исследования

Цель исследования - выявление адаптивных особенностей у растений различных сообществ к условиям среды обитания на основе изучения их структурно-функциональных параметров.

В связи с этим были поставлены следующие задачи: 5

1 .Исследовать анатомическую структуру листа растений, являющихся наиболее характерными видами в степных ценозах Восточного Забайкалья.

2.Изучить дневную динамику содержания хлорофилла в листьях растений.

3.Изучить сезонную динамику содержания хлорофилла в листьях растений.

4. Установить основные адаптивные черты растений по содержанию хлорофилла и соотношения его компонентов.

Защищаемые положения

1. Структурная анатомия листа растений степной экологии Восточного Забайкалья относится к 4-ем типам (гомогенный, изолатеральный, дорзивентральный, изопалисадный с водозапасающей тканью). Для растений Восточного Забайкалья характерно слабое варьирование их количественных параметров.

2. Для содержания хлорофилла в листьях растений характерны значительные колебания концентрации хлорофилла на единицу сухой массы, связанные с резкими перепадами температуры и влажности воздуха.

3. В сезонной динамике содержания хлорофилла в листьях растений отмечен максимум его содержания на период бутонизации и колошения. В целом, концентрация хлорофилла изменяется в широком диапазоне, в этом проявляется адаптивная реакция растений экстраконтинентальных степей Восточного Забайкалья.

Научная новизна. Впервые в условиях Восточного Забайкалья получены данные, показывающие особенности содержания, соотношения хлорофиллов «а» и «б» в различных растительных сообществах и морфо-анатомические приспособления их к условиям обитания. Изучены дневная и сезонная динамика содержания хлорофилла. В экстремальных условиях Восточного Забайкалья отмечены значительные колебания содержания хлорофилла в течение световой фазы суток. 6

Теоретическая и практическая значимость. Диссертация является частью научно-исследовательской работы «Растительный покров Байкальской Сибири и его рациональное использование», поддерженной грантом ГНТП «Биологическое разнообразие». Результаты работы дополнили материал по экологии и физиологии растений Восточного Забайкалья. Полученные данные по содержанию и соотношению хлорофиллов «а» и «б» и морфо-анатомической структуры листа растений различных растительных сообществ показывают потенциал изученных видов к криоаридным условиям обитания. Материалы работы могут быть использованы для преподавания курсов анатомии, экологии и физиологии растений на биологических факультетах высших учебных заведений.

Результаты исследований могут быть использованы для повышения продуктивности фитоценозов с учетом сезонного их развития, при подборе растений местной флоры для восстановления деградированных травостоев и создания культурных пастбищ.

Апробация работы.

Материалы исследования были доложены и обсуждены на международной конференции "Флора, растительность и растительные ресурсы Забайкалья" (Чита, 1997; Чита, 2000), международной научной конференции "Разнообразие растительного покрова Байкальского региона (Улан-Удэ, 1999); международном симпозиуме "Степи Северной Евразии: Стратегия сохранения природного разнообразия и степного природопользования в XXI веке" (Оренбург, 2000), международной конференции "Научное обеспечение устойчивого развития АПК Восточного Забайкалья" (Чита,2002), II международной конференции по анатомии и морфологии растений (Санкт-Петербург, 2002).

Результаты исследований обсуждались на заседаниях лаборатории флористики и геоботаники Института общей и экспериментальной биологии СО РАН (1999, 2001), кафедры ботаники БГУ (2001), на заседании группы по 7 исследованию пигментов лаборатории экологической физиологии Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН.

Структура и объем диссертации.

Диссертация изложена на 149 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов, содержит 9 таблиц, 44 рисунка, 6 приложений. Список литературы содержит 157 наименований, в том числе 18 на иностранных языках.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Мункуева, Баярма Дмитриевна

Выводы

1. У растений Восточного Забайкалья выявлено несколько типов структурной организации листа: гомогенный, изолатеральный, дорзивентральный, изопалисадный с водозапасающей тканью. В аридных условиях структура листа растений характеризуется сочетанием мезо- и ксероморфных признаков.

2. У одних и тех же видов растений, произрастающих в различных экологических условиях общий план строения листа сохраняется, изменяются лишь количественные показатели. В условиях более высокой освещенности и дефицита влаги у растений байкальскошлемниково-китайсковострецового сообщества отмечается тенденция к усилению ксероморфных признаков: происходит увеличение толщины покровной, столбчатой ткани на 36%, уплотнение мезофилла, возрастание числа устьиц.

3. Следствием физиологической адаптации растений к экологическим условиям является изменение содержания пигментов, тесно связанное с элементами структуры листа. С уменьшением интенсивности освещения увеличиваются размеры клеток и содержание хлорофилла в одном хлоропласте, что повышает процесс фотосинтеза.

4. Для растений Восточного Забайкалья характерны значительные колебания содержания хлорофилла в течение дня, что связано с перепадами температуры и влажности воздуха. Наименьшее содержание пигментов отмечается в период наиболее высоких температур и низкой влажности воздуха. Результатом адаптации растений к этим условиям является высокая скорость разрушения и обновления молекул хлорофилла.

5. Кривая сезонной динамики содержания хлорофилла в листьях растений имеет максимум в фазы бутонизации и колошения. В отдельные годы второй максимум наблюдается после цветения с наступлением благоприятного режима увлажнения во второй половине лета.

6. Растения Восточного Забайкалья отличаются широким диапазоном варьирования концентрации хлорофилла от 0,8 мг/г до 5,0 мг/г сырой массы,

134 что свидетельствует об их широком потенциале адаптационных возможностей.

7. На содержание пигментов растений оказывают влияние почвенно-климатические условия. Содержание хлорофилла выше у растений красодневово-злакового и злаково-стоповидноосокового сообществ, в которых складывается более благоприятный режим освещения, увлажнения и питания.

8. По уровню содержания хлорофилла растения Восточного Забайкалья приближаются к таковым сухостепных котловин Западного Забайкалья и Тувы. Повышенная концентрация пигментов в листьях растений Восточного Забайкалья обусловлена более высокими условиями увлажнения.

9. Результаты исследований по содержанию хлорофилла в листьях растений различных сообществ, сезонной и дневной динамики имеют ценность, так как создают возможность воздействия на фотосинтетическую продуктивность растений через пигментный аппарат.

135

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Мункуева, Баярма Дмитриевна, Улан-Удэ

1. Брандт А. Б., Тагеева С. В. Оптические параметры растительных организмов. М.: Наука, 1967. 301 с.

2. Бузовер Ф. А. Количество хлорофилла и интенсивность фотосинтеза у картофеля // Проблемы фотосинтеза. М.: Изд-во АНСССР, 1959. С. 646 -652.136

3. Буинова М. Г. Анатомия и пигменты листа растений Забайкалья // Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1988. 96 с.

4. Буинова М. Г., Бадмаева М. К. Структурно функциональные особенности листа растений житняково - ковыльных степей Западного Забайкалья // Эколого - биологические особенности растений и фитоценозов Забайкалья. Улан - Удэ: БНЦ СО АН СССР, 1989. С. 28 -43.

5. Буинова Н. Г., Богданова К. М., Цибиков А. К. Особенности анатомической структуры листа и содержание пигментов у степных растений Юго Западного Забайкалья // Растительные ресурсы Забайкалья и их использование. Улан-Удэ: БФ СО АН СССР, 1987. С. 101-112.

6. Бухашеева Т. Г. Эколого-биологические особенности Scutellaria baicalensis Georgi в Забайкалье: Автореф. дис. канд. биол. наук. Улан-Удэ, 2000. - 19 с.137

7. Бухарин П. Д. Каротин интродукцированных растений в связи с вертикальной зональностью //ДАН СССР, 1961. 136 с. Василевская В. К. Формирование листа засухоустойчивых растений. -Ашхабад: Изд-во АНТ СССР, 1954. - 182 с.

8. Гамалей Ю. В., Шиирэвдамба Ц. Структурные типы пустынных растений. // Пустыни Заалтайской Гоби: характеристика растений -доминантов. Л.; 1988, С. 45 66.

9. Гамалей Ю. В. Анатомия листа у растений пустыни Гоби // Ботан. журн. 1984. Т. 69. №5. С. 569-584.

10. Геворкян А. Г. Взаимопревращения ксантофиллов в листьях высокогорных растений в зависимости от светового и температурного факторов: Автореф. канд. дис. Ереван, 1972.

11. Горшкова А. А., Зверева Г. К. Экология степных растений Тувы // Новосибирск: Наука. СО, 1988. С. 5 100.

12. Горшкова А. А. Пастбища Забайкалья // Иркутск: Восточно Сибирское изд-во, 1973. - 160 с.

13. Горшкова А. А. Пастбища Забайкалья // Иркутск: Восточно Сибирское изд-во, 1973.- 160 с.

14. Горшкова А. А. Ритмика развития и экология степных растений Забайкалья // Ботан. журн. 1975. Т. 60. №6. С. 889 893. Горшкова А. А. Биология степных пастбищных растений Забайкалья. М., 1966.-274 с.

15. Горышина Т. К., Заботина Т. Н, Пружина Е. Г. Пластидный аппарат травянистых растений лесостепной дубравы в разных условиях освещённости // Экология, 1975. №5. С. 15 22.

16. Дервиз-Соколова Т. Г. Основные особенности анатомии листьев аркто-альпийских ив и других двудольных психрофитов // Биол. науки, 1981. №6. С. 58 62.

17. Дулепова Б. И. Степи горной лесостепей Даурии и их динамика // Чита: Изд во ЧГПИ, 1993. - 395 с.139

18. Дулепова Д. И. Растительный покров Восточного Забайкалья // Чита: Изд во ЧГПИ, 1996. - 161 с.

19. Дулепова Б. И. Нителистниковые степи Даурии // Забайкалье: судьба провинции, 1996.

20. Дулепова Б. И. Состояние и вопросы охраны растительного мира Восточного Забайкалья // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Томск. Ж-л: Сибресурсы, 1996, №2.

21. Закман JI. М. Сезонные изменения содержания пигментов пластид в листьях местных и интродуцированных растений за Полярным кругом // Ботан. журн. 1969. Т.54. №8. С.1142 1157.

22. Зверева Г. К. Биологические особенности и повторное отрастание растений степей Центральной Тувы; Автореф. дис. докт. биол. наук. -Новосибирск, 1998. 32 с.

23. Корнюшенко Г. А, Соловьёва Л. В. Экологический анализ содержания пигментов в листьях горно-тундровых трав // Ботан. журн. 1994. Т.79. №2. С. 80 100.

24. Куренкова С. В. Пигментная система культурных растений в условиях подзоны средней тайги европейского Северо-Востока. Екатеринбург: УрОРАН, 1998. 114 с.

25. Куминова А. В. Степи Забайкалья, и их место в ботанико-географическом районировании Даурии // Труды Биол. ин-та Томск, гос. ун-та, 1983. Вып.5. С. 87 131.142

26. Кутас Е. Н. Влияние интенсивности освещения на содержание хлорофилла в листьях оранжерейных растений // Физиология растений. 1978. С. 420-424.

27. Лавренко Е. М. Степи СССР // Растительность СССР. М.- Л.: Изд-во АН СССР, 1940. Т.2.-266 с.

28. Литвин Ф. Ф., Звалинский В. И. К теории хроматической и нехроматической адаптации фотосинтеза // Успехи современной биологии. 1983. Т.95. Вып. 3. С.339 357.

29. Любименко В. Н. Фотосинтез и хемосинтез в растительном мире // избр. тр.,1935, Киев: Изд-во АН УССР. 1963. Т.1. С. 320-398. Любименко В. Н. Работы по фотосинтезу и приспособлению растений к свету. Киев: Изд-во АН УССР, 1963. Т. 598с.

30. Мирославов Е. А., Вознесенская И. В., Котеева Н. К. Сравнительные характеристика анатомии листа растений арктической и бореальной зон // Ботан. журн. 1998. Т. 83. №3. С. 21 26.143

31. Мирославов Е. А. Структура и функция эпидермиса листа покрытосеменных растений. Д., 1974.- 120 с.

32. Мокроносов А. Т. Борзенкова Р. А. Методика количественной оценки структуры и функциональной активности фотосинтезирующих тканей и органов // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. Л., 1978. Т.61. Вып. 3. С. 119 -132.

33. Мокроносов А. Т. Мезоструктура и функциональная активность фотосинтетического аппарата // Мезоструктура и функциональная активность фотосинтетического аппарата. Свердловск: Ур. ГУ, 1978. С.5-31.

34. Мокроносов А. Т. Онтогенетический аспект фотосинтеза. М.: Наука, 1981.-213 с.

35. Наабер Л. X. О пигментах растений жарких местообитаний // Физиология и биохимия дикорастущих кормовых растений Узбекистана: Изд во «Фан», УзССР, 1975. С. 3 - 14.

36. Назаров С. К. Структурно функциональные особенности листа у трёх экотипов ЯиЬш СИатаетогиз Ь // Мезоструктура и функциональная активность фотосинтетического аппарата. Свердловск: Ур. ГУ, 1978. С. 108-112.144

37. Николаевская Е. В. Изменчивость морфолого-анатомических признаков строения листа разных экотипов Trifolium repens L. в связи с вертикальной зональностью // Вестник ЛГУ. 1990. Сер. 3. Вып. 4 (№24). -33 с.

38. Попова О. Ф., Слемнёв Н. М., Попова А. И., Маслова Т. Г Содержание пигментов пластид у растений пустынь Гоби и Каракумы // Ботан. журн. 1984. Т.69. № 3. С. 334 344.

39. Попова И. А. О пигментах листьев Памирских растений // Ботан. журн. 1958. Т.43.№ 11. С. 1550- 1561.

40. Пьянков В. И., Кондрачук А. В. Особенности структурной организации фотосинтетического аппарата растений Восточного Памира // Доклады академии наук, 1995. Т.344. С.712 716.

41. Пьянков В. И., Кондрачук А. В. Мезоструктура фотосинтетического аппарата древесных растений Восточного Памира различных экологических и высотных групп // Физиология растений. 1998. Т.45. №4. С. 567 577.145

42. Радкевич О. Н. Материалы по анатомии псаммофитов пустынь Средней Азии и Казахстана // Освоение пустынь Средней Азии и Казахстана, 1934. С. 83 133.

43. Рахимова Т. Биолого-экологические основы адаптации растений к условиям аридной зоны Узбекистана: Автореф. дис. д-ра биол. наук.-Ташкент, 1988.-46 с.

44. Слемнев Н. Н. Реакция фотосинтеза на температуру среды у растений аридных экосистем Гоби (Монголия) // Ботан. журн. 2000. Т.85. № 5. с. 63 77.

45. Таджиева Ф. Н. Эколого-физиологическая характеристика фотосинтетического аппарата пустынных растений юго-западного Кызылкума: Автореф. дис. канд. биол. наук. Ташкент, 1985. - 20 с. «Типы местности и природное районирование Читинской области», М., 1961.

46. Уфимцева К. А. Почвы межгорных котловин южной тайги Забайкалья. Иркутск Чита: Вост.-Сиб. Изд-во, 1967. - 100 с.

47. Флора Центральной Сибири. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979. -Т. 1,2.-1045 с.

48. Харитонов Ю. Д. Кормовая ценность степных пастбищ Юго-Западного Забайкалья. Новосибирск: Наука, 1980. 128 с.

49. Хецуриани JI. Д. К изучению пигментов некоторых растений Центрального Кавказа // Тр. молод, научн. работ. Инст. бот. АН ГССР, 1970.

50. Шахов А. А. , Мишустина Н. Е., Шайдуров В. С. О суточной динамике пигментов у растений в Заполярье // Изв. АН СССР, сер. биол., 1, 1960. С. 279 286.147

51. Шиирэвдамба Ц. Анатомическая характеристика растений основных природных зон и поясов Монгольской Народной Республики: Дис. д-ра биол. наук.-Л, 1990. С. 184-211.

52. Шиирэвдамба Ц. Предварительные итоги анатомических исследований растений основных ботанико-географических зон Монголии // Тр. П молодежи, конф. ботаников г. Ленинграда. Л.: Наука, 1988. 4.2. С.221 -227.

53. Шиирэвдамба Ц., Гамалей Ю. В. Структура растений Заалтайской Гоби // Пустыни Заалтайской Гоби. Характеристика растений доминантов. Л.: Наука, 1988. С.44 - 106.

54. Шиирэвдамба Ц: Автореф. дис. канд. биол. наук. Л., 1989. - 19 с. Шульгин И. А., Ничипорович А. А. Расчёт содержания пигментов с помощью номограмм // Хлорофилл: Изд - во Наука и техника, 1974. С. 127- 139.

55. Bissing D. R. Evolution of leaf architeeture in the chaparal species Fremontodendron californicum ssp. californicum (Sterculiaceae). Amer. J. Bot., 1982. Vol. 69. №6. P. 957 972.148

56. Buinova M. G., Anenkhonov O. A. Anatomy of leaf dry steppe plants in cryoarid climate // Vegetation and Climate: 42-nd annual Symposium of the I AYS. 1999. P.29-31.

57. Egle R. Menge und Veroilthis der Pigmente // Encyclopedia of Plant Physiol. Berlin Cottingen, 1960. P. 444 - 588.

58. Shields L. M. Leaf xeromorphy as related to physiological and structural influeces // Bot. rev, 1950. Vol. 16. № 8. P. 399 447. Stalfelt M. G. Morphologie und Anatomie des Blattes als Transpiration sorgan, Handb. Pflazenphysid., 3, 324 -341 (1956).

59. Tieszen G. L., Jonhson P.L. Pigments structure of some Arctic Tundra communities // Ecologi. 1968. Vol. 49. № 2.149

60. Tieszen G. L. Comparisons of chlorghyll content and leof strycture in arctic and alpine grasses // Amer. Mild. Natur, 83.

61. Stalfelt M. G. Morphologie und Anatomie des Blattes als Transpiration sorgan, Handb. Pflazenphysid. 3, 324 -341 (1956).

62. Wieckowski S. Daily changes in the concentration of chlorophyll ingrowing leawes. ASBP, 1960, 29 № 3. P. 395 412.

63. Willstatter R., Stoll A. Undersuchungen über chlorophyll. Berlin, 1913.