Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экофизиология представителей сем. Crassulaceae dc. в холодном климате

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Экофизиология представителей сем. Crassulaceae dc. в холодном климате"

На правах рукописи

БАЧАРОВ Дмитрий Сергеевич

ЭКОФИЗИОЛОГИЯ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМ. СИАЗвиЬЛСЕАЕ ОС. В ХОЛОДНОМ КЛИМАТЕ

03.00.12 - «Физиология и биохимия растений»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена в Лаборатории экологической физиологии растений Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Гэловко Тамара Константиновна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, с.н.с.

Слвмнев Николай Николаевич

доктор биологических наук, с.н.с. Селицкая Ирина Васильевна

Ведущая организация: Петрозаводский государственный университет

Защита состоится 26 апреля 2006 г. в 14^ на заседании диссертационного совета К.002.211.01 по присуждению степени кандидата биологических наук при Ботаническом институте им. В.Л. Комарова РАН по адресу: 197376, г. Санкт-Петербург, ул. проф. Попова, д. 2. Факс: (812) 234-45-12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН.

Автореферат разослан 20 марта 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Юдина О. С.

2£)Об А

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Суккуленты и суккулентоподобные растения - малораспространенная на Севере группа. Большинство суккулентов обитают в аридных и полуаридных регионах с теплым сухим климатом благодаря способности ассимилировать углерод по САМ-типу метаболизма. К группе суккулентов относятся растения из различных семейств и, в том числе, виды сем. Crassulaceae.

На Европейском Северо-Востоке сем. Crassulaceae представлено четырьмя родами: Tillaea, Hylotelephium, Rhodiola, Sedum. К наиболее часто встречаемым видам относятся Hylotelephium triphyllum Holib. (Haw.), Rhodiola rosea L. и Sedum acre L. К настоящему времени достаточно полно изучен род Rhodiola, исследованы структура популяций и биоморфология р. розовой (Фролов, Полетаева, 1998), приведены данные о химическом составе (Саратиков, Краснов 2004; Kosman, 2004), выявлены морфофизио-логические особенности культивируемых растений (Далькэ, 2002; Далькэ, Головко, 2005). Фитоценологические и популяционные характеристики S. acre и H.triphyllum отражены в работе ТВ. Бабак (2005). Нами продолжены эколого-биологические исследования представителей сем. Crassulaceae на Севере с применением экофизиологических методов и подходов.

Цели и задачи исследования. Целью работы было сравнительное изучение эколого-физиологических и структурных характеристик Hylotelephium triphyllum, Sedum acre и Rhodiola rosea в связи с адаптацией растений к условиям Севера.

В задачи входило:

1. Изучить функциональную анатомию и определить количественные характеристики мезоструктуры листьев.

2. Изучить морфофизиологические особенности семян.

3. Определить содержание и соотношение фотосинтетических пигментов и антоцианов.

4. Выявить закономерности роста, накопления и распределения биомассы по органам растений.

5. Рассмотреть закономерности изменения С02 - газообмена растений в зависимости от внешних факторов.

Научная новизна. Впервые дана сравнительная эколого-физиологичес-кая характеристика трех видов растений (родиола розовая, очиток пурпурный и о. едкий) - представителей сем. Crassulaceae на Европейском Северо-Востоке. Выявлена функциональная структура фотосинтетического аппарата растений, анатомические особенности листьев. Установлено, что у р. розовой основная фотосинтезирующая ткань листа - мезофилл, четко дифференцирована на палисадную и губчатую, у о. пурпурного и о. едкого все клетки мезофилла округлой формы. Листья о.едкого имели специализированные водозапасающие клетки. Водозапасающая ткань сильнее развита в летне-зеленых листьях по сравнению с зимне-зелеными. Хлороплас-ты о.едкого мельче и их втрое больше в клетке, чем у двух других видов.

РйС. НАЦИОНАЛ!)¡1 V,

БИБЛИОТЕКА f 3

С Петербург ^г/Л

Установлено, что листья очитков отличались сравнительно низким содержанием зеленых и желтых пигментов. При адаптации к высокой инсоляции в эпидерме листьев о. пурпурного накапливались антоцианы. Выявлено накопление хлорофиллов в осенний период у о едкого, что можно рассматривать как адаптивную реакцию, позволяющую сохранить фотосинтетический аппарат растений в течение перезимовки. Скорость ассимиляции С02 сильно зависела от свето-температурных условий Диапазон оптимальных для фотосинтеза температур составлял у очитков 12-24°С, у р. розовой-8-18°С. При действии супероптимальных температур (25-28°С) и высокой освещенности выявлено подавление транспорта электронов в мембранах тилакоидов хлоропластов. Экспериментально показано, что засуха и засоление в сочетании с повышенными температурами вызывали депрессию видимого фотосинтеза растений. В отличие от р. розовой, о едкий и о пурпурный способны переходить на CAM-тип фотосинтеза в стрессовых условиях Выявлена гетероспермия у р розовой, что проявлялось в разнокачественности семян по анатомо-морфологическим и физиологическим признакам Семена очитков были полностью сформированными, имели высокую всхожесть и не нуждались в покое. Семена всех видов лучше прорастали на свету при температуре 20°С.

Теоретическая и практическая значимость. В работе впервые дана эко-лого-физиологическая характеристика растений о пурпурного и о. едкого, выявлена их реакция на различные факторы среды. Установлено, что представители толстянковых существенно различались по структурно-функциональным показателям, уровню метаболической активности и адаптированное™ к северным условии, что проявляется в их экологической стратегии. Результаты работы могут быть использованы в селекции и интродукции р.розовой и очитков, при их культивировании в качестве лекарственных и декоративных растений, а также при организации мониторинга природных популяций. Результаты исследований использованы при чтении курса «Физиология растений» и спецкурса «Экологическая физиология растений» для студентов-биологов Сыктывкарского государственного университета.

Апробация работы. Результаты исследований и материалы диссертационной работы представлены и доложены на Международной конференции «Актуальные вопросы экологической физиологии растений в XXI веке» (Сыктывкар, 2001), Международном симпозиуме «Plant under environmental stress» (Москва, 2001), II Международной научной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2001), VIII-XII Молодежной научной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2001-2005), V съезде Общества физиологов растений России и Международной конференции «Физиология растений - основа фитобиотехнологии» (Пенза, 2003), Всероссийской научно-практической конференции «Физиология растений и экология на рубеже веков» (Ярославль, 2003), VII Всероссийском популяционном семинаре «Методы популяционной биологии» (Сыктывкар, 2004), годичных собраниях Общества физиологов растений России «Проблемы физиологии

растений Севера» (Петрозаводск, 2004) и «Физиологические и молеку-лярно-генетические аспекты сохранения биоразнообразия» (Вологда, 2005) Основные результаты доложены и обсуждены на заседании секции физиологии и биохимии растений Ботанического общества России (Санкт-Петербург, 2003 г), на заседании Президиума Коми НЦ УрО РАН (2005 г.) и заседании Ученого совета ИБ Коми НЦ УрО РАН (2005 г.).

Работа выполнена в Лаборатории экологической физиологии растений Института биологии Коми НЦ УрО РАН в период прохождения курса аспирантуры (2002-2005 гг.) и является частью плановых тем: «Физиология многолетних травянистых растений на Севере» (№ Гр 01.9.60003715) и «Физиолого-биохимические основы адаптации и репродукции растений в холодном климате» (№ Гр 01 2 00107254). Частично поддержана грантами: РФФИ № 04-04-48255 «Пигменты и их роль в устойчивости фотосинтетического аппарата растений к различным стрессам в условиях холодного климата»; целевая программа поддержки междисциплинарных проектов, выполняемых в содружестве между учеными СО, ДВО и УрО РАН «Механизмы адаптации фотосинтетического аппарата растений на разных уровнях его организации».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в их числе статья в рецензируемом журнале, научный доклад в серии «Научные доклады Коми НЦ УрО РАН» и 5 материалов конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы, изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц и 34 рисунка. Библиография включает 188 источников, из них 115 отечественных и 73 зарубежных.

Благодарности Научному руководителю профессору, д.б.н. Т. К. Головко; сотрудникам Лаборатории экологической физиологии растений Института биологии Коми НЦ УрО РАН, особенно И.В. Далькэ, Г.Н. Табаленковой, C.B. Куренковой, О.В. Дымовой, С.П. Масловой; студентам кафедры ботаники СыктГУ Е.В. Тимофеевой и О.А. Атландировой за помощь при постановке экспериментов и обработке материала.

Содержание работы Глава 1.

Общая характеристика представителей семейства СгазэШасеае ОС. (обзор литературы)

В главе изложены и проанализированы данные литературы о происхождении, распространении, биологии видов сем СгаББЫасеае. Обсуждены механизмы адаптации суккулентов к произрастанию в аридных и полуаридных областях. Отмечено, что виды сем. толстянковые привлекали внимание исследователей САМ-метаболизма. Обоснована необходимость изучения эколого-физиологических особенностей этой группы растений в условиях холодного климата.

Глава 2.

Объекты и методы исследований

В качестве объектов исследования были выбраны Hylotelephium tri-phyllum Holib. (Haw.) (очиток пурпурный), Sedum acre L. (очиток едкий) и Rhodiola rosea L. (родиола розовая). Растения о. пурпурного и о едкого собирали в виде дерновин в окрестностях г. Сыктывкара и высаживали на делянке. Растения р.розовой уральского происхождения произрастали на делянках в течение 7-10 лет (Далькэ, Головко, 2005).

Для выявления действия засухи и засоления на С02-газообмен тол-стянковых проведено четыре серии опытов В опыте 1 использовали генеративно зрелые растения о. пурпурного, р. розовой и о. едкого Растения с делянки переносили в сосуды. Через две недели растения о. пурпурного и р. розовой разделили на варианты: контрольные растения поливали по мере высыхания почвы; в варианте с засухой полив не проводили; в варианте с засолением один раз внесли NaCI из расчета 2.5 г/кг почвы После двух недель произрастания в стрессовых условиях отбирали листья для изучения анатомии, пигментного состава, газообмена и регистрации флуоресценции хлорофилла. Растения о. едкого разделили на контрольные и опытные (засуха). На 1, 5, 10, 15 и 20 сутки отбирали образцы для изучения интенсивности газообмена и определения кислотности клеточного сока. В опыте 2 использовали молодые побеги о. пурпурного и р. розовой Растения в середине марта выкапывали и переносили в контролируемые свето-температурные условия (Т - 30/25°С, фотопериод - 12/12, освещенность - 90 Вт/м2) Через три недели после отрастания побегов растения р розовой и о. пурпурного разделили на контрольные и опытные (засуха). Спустя неделю измеряли суточный ход С02-газообмена побегов. В опыте 3 растения о едкого в середине марта переносили с делянки в контролируемые условия (как в опыте 2) и разделили на контрольные и опытные (засуха) Через две недели у вегетативных побегов исследовали суточную динамику С02-газообмена и титруемую кислотность клеточного сока. В опыте 4 у растений о едкого (материал и условия как в опыте 3) удаляли летне-зимнезеленые побеги, чтобы индуцировать отрастание молодых побегов из почек возобновления. Растения разделяли на варианты контроль, опыт (засуха), засоление (как в опыте 1). Через 2 недели у вегетативных побегов исследовали суточную динамику С02-газообмена и определяли титруемую кислотность клеточного сока.

Введение 14С02 в растение. Для определения способности р розовой и о. пурпурного фотосинтезировать по CAM-пути в засушливый период вегетации 2004 г растения экспонировали в атмосфере с 14С02 в ночное время (в 2-3 ч) в течение 30 мин. Начальная концентрация С02 в камере составляла 0.09%, удельная активность 9*104Бк/л воздуха. Пробы для анализа отбирали через 8 ч после экспозиции. Меченый углерод использовали также для изучения распределения ассимилированного С02 по органам о. пурпурного Растения получали 14С02 в дневное время в утренние часы, пробы для анализа отбирали через 2 ч и на 4, 18 сутки. Удельную

радиоактивность сухого измельченного материала определяли на альфа-бета радиометре УМФ-2000 в 3 биологических и 3-4 аналитических повтор-ностях. Рассчитывали радиоактивность органов с учетом их массы (имп./ растение), а также относительную радиоактивность органов, в % от радиоактивности целого растения.

Газометрические определения фотосинтеза и дыхания. Определение С02 - газообмена растений проводили в период цветения-плодоношения. У о. пурпурного, р. розовой использовали функционально активные, зрелые листья, ayo. едкого - вегетативные побеги. Измерения проводили в 4-8-кратной биологической повторности. Интенсивность видимого фотосинтеза (Рп) и темнового дыхания (RD) определяли в открытой системе инфракрасным газоанализатором lnfralit-4 (Германия) и LI-7000 (США), подключенным по дифференциальной схеме (Сивков, Назаров, 1990). Определение кардинальных точек световых кривых фотосинтеза проводили, как описано в работе (Гармаш, Головко, 1997). Температурную зависимость Рп листьев изучали при насыщающей ФАР в диапазоне температуры 5-45°С Определение дыхательной способности органов растений проводили при помощи инфракрасного газоанализатора lnfralit-4 (Германия) в 5-7-кратной повторности.

Регистрация флуоресценции хлорофилла. Для регистрации индукционных кривых флуоресценции хлорофилла использовали интактные листья среднего яруса растений о пурпурного и р. розовой. Измерения проводили с помощью РАМ-2100 (Walz, Германия). Для определения фонового (F0) и максимального (Fm) уровня флуоресценции хлорофилла листья предварительно выдерживали в темноте в течение 30 мин. Измерения зависимости скорости транспорта электронов от освещенности проводили на растениях в полевых условиях при естественной освещенности в 15-25 повторности.

Биохимические характеристики. Содержание пигментов в ацетоновой вытяжке из зрелых листьев определяли на сканирующем спектрофотометре UV-1700 (Shimadzu, Япония) в 5 биологических повторностях. Расчет содержания хлорофиллов и каротиноидов проводили согласно (Шлык, 1971). Долю хлорофилла светособирающего комплекса рассчитывали по (Lichtenthaler, 1987). Концентрацию антоцианов в листьях определяли по (Муравьева и др., 1986).

Для определения pH клеточного сока получали экстракт из листьев кипячением Измерения общей кислотности проводили рН-метром Hi-8519 (ЭкоХелп Инструменте, Россия). Кислотность клеточного сока у вегетативных побегов о. едкого дополнительно измеряли путем титрования (Lee, Griffiths, 1987) и выражали в мкэквивал Н7г сырой массы. Определения проводили в 3-кратной биологической повторности.

Концентрацию общего азота и углерода в сухом измельченном материале измеряли на автоматическом анализаторе ANA-1500 (Carlo Erba, Италия) в 3-кратной биологической повторности

Определение показателей функциональной структуры. Для анатомических исследований использовали завершившие рост органы растений,

не менее 15-30 шт для каждого вида. Измеряемые величины мезострукту-ры листа и расчетные характеристики получали по методике (Мокроносов, Борзенкова, 1978) Срезы просматривали на световом микроскопе Ampleval (Германия). Для изучения анатомического строения семян р.розовой изготавливали постоянные микропрепараты. Всего было сделано более 70 срезов.

Определение всхожести семян. Семена помещали на влажную фильтровальную бумагу в чашки Петри. В каждой чашке проращивали по 100 штук семян, повторность 3-кратная Для выявления оптимальной концентрации гиббереллина (ГК) на всхожесть семян р.розовой использовали растворы ГК с концентрацией 10, 50, 100, 300, 500 мг/л. Стратификацию семян проводили в чашках Петри с увлажненной фильтровальной бумагой при 5°С. Длительность стратификации составляла 30 дней.

Микрокалореспирометрия. Измерения вели на дифференциальном сканирующем микрокалориметре Биотест-2 (Россия). Определяли скорость выделения метаболического тепла и образования С02. Относительную скорость роста апикальной части побегов рассчитывали при разных температурах согласно модели L.D Hansen е. а. (1994). Придерживались схемы эксперимента, предложенной Л.Д. Хансеном с соавт. (1996).

Статистическая обработка данных. Статистическую обработку данных проводили по (Ивантер, 1979; Лакин, 1990). На рисунках и в таблицах представлены средние арифметические величины со стандартной ошибкой

Глава 3.

Функциональная анатомия вегетативных и генеративных органов Hylotelephium triphyllum, Rhodiola rosea и Sedum acre

Лист о. пурпурного амфистоматный с преобладающим числом устьиц на верхней стороне Мезофилл не имеет четкой дифференциации на палисадную и губчатую ткани. Клетки овальной формы с крупными хлороплас-тами (табл 1). Лист р розовой типично дорсо-вентрального строения, состоящий из столбчатого и губчатого мезофилла с биколатеральным проводящим пучком в центре листовой пластинки. Особенностью листа является более толстая (на 10-20%) нижняя эпидерма по сравнению с верхней. Палисадная ткань состоит из 2 слоев клеток, губчатая представлена 8 слоями клеток. Лист о. едкого округлой формы, толстый, снаружи покрыт толстой эпидермой и кутикулой. Мезофилл не дифференцирован, клетки округлые с большим количеством мелких хлоропластов. В отличие от о. пурпурного и р. розовой, у о едкого имеется водозапасающая ткань, образующаяся за счет клеток мезофилла.

Стебель у всех трех видов на поперечном срезе округлой формы Эпидерма представлена одним слоем клеток. Первичная кора у о. пурпурного состоит из 10, р. розовой - 13, о. едкого 6-8 слоев паренхимных клеток. В клетках содержатся хлоропласты. Проводящая система не пучкового строе-

Таблица 1

Показатели мезоструктуры листьев растений

Параметры НуЫе1ерЬшт ¡прЬуНит Rhodiolэ говев ведит асге

Площадь листа (мм2) 665±955 276±15 -

Толщина (мкм) лист верхняя эпидерма нижняя эпидерма 231±11 11 2±1 1 11 2±1 2 483±20 22 9±0 9 27 9±1 6 2552±87 48 6±5 7 33 4±1 6

Число устьиц (тыс шг/см2) верхняя эпидерма нижняя эпидерма 5 1±0 5 2 6±0 3 7 8±0 5 7 2±0.6 1.2±0 3 1 4±0 1

Количество слоев (шг) ассимилирующие клетки водозапасающие клетки Объем клетки' (тыс мкм3) 6 1±0 4 отсутствуют 308+36 10 отсутствуют 115±13 10 9±0 4 4±0 1 1735±450

Количество хлоропластов в клетке" (шт /клетку) Объем хлоропласта, (мкм3) КОХ, (тыс мкм3) 47 6±3 3 646±92 7 8±0 8 55 6±4 6 140±11 2.06±0 12 170±14 54 7±7 10 2±2 2

Примечание' *- клетки мезофилла под верхней эпидермой, КОХ - объем клетки, приходящийся на один хлоропласт.

ния - ткани располагаются кольцом по всему периметру стебля и состоят из ксилемы, в виде замкнутого кольца, и охватывающей ее флоэмы. Прокамбий представлен тонким слоем клеток. Сердцевина в ходе развития растений о. пурпурного и р. розовой разрушается, на ее месте образуется воздухоносная полость. У о. едкого центральная часть стебля занята 8-10 клетками сердцевины.

Корневая система о.пурпурного представлена клубнекорнями (видо-измененый боковой и главный корень, запасающий питательные вещества) Подземная часть р розовой состоит из корневища, каудекса, корней Корневая система у о едкого представлена боковыми и придаточными корнями. Анатомическое строение корня о пурпурного и р. розовой сходные. У о. пурпурного образование клубнекорня происходит за счет утолщения базальной части корня У р. розовой в результате разрастания первичной коры корня и нижней части стебля образуется каудекс. В корнек-лубнях и каудексе депонируется значительное количество органического углерода в виде крахмала. У всех трех видов растений в центральном цилиндре корня проводящие сосуды ксилемы и флоэмы располагаются радиальными тяжами.

Семена. На основе анализа анатомического строения семян культивируемых растений р. розовой нами выявлено (Бачаров и др., 2004), что семенная кожура является продуктом преобразования внутреннего и наружного интегументов. Зародыш линейный, прямой, состоит из двух семядолей и заключенного между ними апекса побега, гипокотиля и зародышевого корешка, у которого различимы корневая меристема и корневой чехлик. Эндосперм к моменту созревания семени полностью расходуется. Основные питательные вещества локализованы в клетках семядолей в

виде липидных капель В семенах р. розовой с темной кожурой эмбриогенез остановился на глобулярной стадии В отличие от темноокрашенных, большинство светлоокрашенных семян имеют хорошо сформированный зародыш. Среди светлоокрашенных встречаются также семена с менее развитым зародышем, но хорошо обособленными семядолями. Эти семена находились на стадии формирования прокамбия в зародыше.

Опыты по проращиванию показали, что семена всех трех исследованных видов растений имеют надземное прорастание и чувствительны к свету. У р. розовой в темноте число проросших семян было в 15 раз меньше, а у очитков в 2-4 раза меньше, чем на свету. Оптимальной для прорастания семян является температура 20°С. В лабораторных условиях большинство проростков о. пурпурного и о. едкого появлялись на 3-5 день, у р. розовой на 10 день. Максимальная всхожесть семян (90%) была отмечен для о едкого, минимальная (30%) у р. розовой. Выявлено положительное влияние гиббереллина (ГК) на прорастание семян р розовой. Семена, обработанные ГК в концентрации 50 мл/л, имели 100% всхожесть. Обработка ГК не влияла на всхожесть семян о. пурпурного, ayo. едкого число проросших семян снижалось.

Таким образом, у исследованных видов листья различаются по анатомическому строению. Черты суккулентного типа листа имеет только о. едкий. В отличие от о едкого, у о пурпурного и р. розовой в стебле разрушается сердцевина. Каудексу р. розовой образуется за счет разрастания первичной коры корня и стебля. Семена очитков не имеют покоя, у р. розовой формируются разнокачественные по типу покоя семена.

Глава 4.

Морфофизиологические и ростовые характеристики растений.

Содержание в биомассе углерода и растворимых углеводов

В ряде работ (Фролов, Полетаева, 1998; Далькэ, 2002) показано, что активный рост р розовой начинается сразу после схода снега. Наши микрокалориметрические исследования выявили, что при температуре 5°С скорость роста у р. розовой в 5 раз выше, чем у очитков (рис. 1). С увеличением температуры до 20-25°С скорость тепловыделения, дыхания и роста возрастала у всех трех видов (<Э10 = 1.5-2).

Растения р.розовой завершают формирование побегов и переходят к цветению на 3-4 недели раньше, чем очитки. Как было показано ранее (Далькэ, Фролов, 1999; Головко и др , 2003; Далькэ, Головко, 2005) и подтверждено нашими наблюдениями, у р. розовой после плодоношения побеги первой генерации начинают отмирать уже во второй половине июля. В теплые и влажные годы образуются побеги второй генерации. Зимующие почки возобновления покрыты толстыми кожистыми чешуями и находятся в глубоком покое.

У о. едкого фаза цветения наступает примерно в середине-конце июня, ее продолжительность составляет 20-25 дней. Фаза плодоношения насту-

Рис. 1. Температурная зависимость скорости роста побегов Rhodiola rosea (1), Hylotelephium triphyllum (2) и Sedum acre (3) в ранневесенний период.

пает в середине июля и длится 10-15 дней. В начале августа генеративные побеги высыхают, многолистовка раскрывается и семена рассыпаются под действием ветра и дождя. Судя по дыхательной способности вегетативных побегов (2 мг СО/г сухой массы ч), активная вегетация о. едкого продолжается вплоть до наступления заморозков (октябрь). В сентябре-октябре на стелющемся стебле образуются почки возобновления - укороченные побеги с несколькими парами листьев. С наступлением холодного периода года растения переходят в состояние вынужденного покоя. В течение зимы вегетативные побеги и почки возобновления не теряют зеленой окраски.

Фаза цветения у о.пурпурного наступает в середине июля, у отдельных растений - в начале августа, период цветения длится 3-4 недели Плодоношение наступает в августе и к началу сентября семена рассыпаются из многолистовки. В зимнее время растения находятся в состоянии вынужденного покоя. Почки возобновления покрыты чешуйчатыми листьями с антоциановой окраской.

Побеги о. едкого характеризовались наибольшим содержанием неструктурных углеводов (20-22 мг/г сырой массы) в период вегетативного роста, к цветению - плодоношению концентрация уменьшалась на 30-40%. Во все сроки среди углеводов преобладали моносахара (85-90%). Растения о. пурпурного несколько превышали о. едкий по содержанию растворимых углеводов. К плодоношению содержание Сахаров в листьях снижалось, а в стеблях заметно возрастало. Во всех органах преобладали моносахара, преимущественно фруктоза. Значительная часть углеводов депонировалась в образующихся к концу вегетации кпубнекорнях. Молодые клубнекорни отличались высоким накоплением углерода, о чем свидетельствует величина соотношения C/N=30, почки возобновления, наоборот, характеризовались сравнительно высоким содержанием азота (C/N=15).

Таким образом, исследования показали, что о. пурпурный и о. едкий существенно уступают р. розовой по скорости роста и накоплению биомассы. О. едкий сохраняет функциональную активность до поздней осени и зимует с зелеными побегами в состоянии вынужденного покоя.

Глава 5.

Пигментный комплекс и С02-газообмен растений Hylotelephium triphyllum и Sedum acre

Фотосинтез и дыхание являются важными показателями, определяющими функционально-энергетическое состояние растений Для оценки функциональной пластичности и соответствия метаболизма растений условиям среды необходимо изучить С02-газообмен и пигментный комплекс растений.

Сравнительный анализ пигментного фонда листьев о.пурпурного и о.едкого показал, что оба вида можно отнести к группе растений с низким содержанием фотосинтетических пигментов (табл. 2). По количеству хло-рофиллов в расчете на сухую массу, о. едкий уступает о. пурпурному, различия в содержании каротиноидов не достоверны. Отличительной особенностью о. едкого было накопление хлорофиллов в осенний период, что вероятно связано с подготовкой растения к зиме.

Величина соотношения Хл а/b в листьях очитков составляла 2-3, а доля хлорофиллов, принадлежащих светособирающему комплексу (ССК), 60-70%. При высокой освещенности в клетках верхней эпидермы о.пурпурного накапливались антоцианы (рис. 2). Содержание фотосинтетических

Таблица 2

Содержание и соотношение фотосинтетических пигментов в листьях растений в расчете на сырую (1) и сухую массу (2), мг/г (фаза цветения, 2003 г.)

Растение Хлорофилл a+b Хлорофилл alb Каротиноиды

1 2 1 2

Rhodtola rosea 0.62±0.07 6.5±0.1 3.83±0.3 0.18±0.01 1.6±01

Hylotelephium triphyllum 0 1310.01 1.73±0.08 2 7±0.6 0 05±0 002 0 66±0 01

Sedum acre 0 05±0 03 1 27±0.14 1.9±0.2 0.02±0 001 0 63±0.05

Теневые растения

Световые растения

6 1

4 "

2 3

2 Л Ш 01

о 4-1—ШИ-гЛ—ИИ—г-ЦЯИ-,

о

Вегетативный Цветение Плодоношение Вегетативный Цветение Плодоношение рост рост

Рис. 2. Содержание хлорофиллов (1), каротиноидов (2) и антоцианов (3) в листьях световых и теневых растений НуЫе1ерЫит (прЬуНит в разные фазы

пигментов и интенсивность фотосинтеза снижались. У затененных растений содержание фотосинтетических пигментов оставалось высоким в течение всей вегетации Следует отметить, что величины соотношения Хл а/Ь, Хл/каротиноиды, а также доля хлорофилла в ССК листьев световых и теневых растений в фазу цветения значительно не отличались. Однако листья световых растений с высоким содержанием антоцианов быстрее старели и опадали.

Характер световой кривой фотосинтеза листьев растений сильно зависел от температуры (рис. 3). С повышением температуры угол наклона на-

Рис. 3. Зависимость скорости видимого фотосинтеза от освещенности листьев Hylotelephium triphyllum (А) и Sedum acre (Б) при 10°С (1), 20°С (2) и 30°С (3) (2003 г.).

чального участка световой кривой снижался, а величина светового компенсационного пункта (СКП) увеличивалась. Максимальная интенсивность видимого поглощения С02 на плато световой кривой была измерена при 10°С, минимальная при - 30°С. При температуре 20°С и высокой освещенности отмечали признаки депрессии поглощения С02. При супероптимальной температуре 25-28°С скорость транспорта электронов (ETR) в тилакоидах хлоропластов о. пурпурного и р. розовой возрастало линейно с увеличением ФАР до 80-100 Вт/м2; в области 100-200 Вт/м2 величина ETR не изменялась, а при дальнейшем повышении освещенности резко снижалась (рис. 4). Это может свидетельствовать о нарушении фотосистем при высокой освещенности и температуре.

Анализ температурной зависимости скорости поглощения С02, измеренной при 90 Вт/м2, позволил выявить зону температурного оптимума фотосинтеза у очитков (рис. 5). Диапазон оптимальных температур составлял 12-24°С. При 5°С скорость фотосинтеза у обоих видов не превышала 30% от максимальных значений. При повышении температуры свыше 25-28°С отмечали резкое снижение скорости поглощения С02. Видимый фотосинтез прекращался при температуре 35-37°С.

Скорость темнового дыхания листьев очитков возрастала экспоненциально с увеличением температуры от 5 до 35°С. В этом диапазоне темпе-

А

Б

Освещенность, Вт/м2 Рис. 4. Зависимость скорости транспорта электронов в хлоропластах Hylotelephium triphyllum (1) и Rhodiola rosea (2) от плотности потока ФАР при 25-28 "С.

15 л

Температура, °С

Рис.5. Температурная зависимость интенсивности фотосинтеза Hylotelephium triphyllum (1) и Sedum acre (2).

ратур величина Q10 варьировала в пределах 1.5-2. Скорость выделения С02 при 45°С составляла 30-40% от максимальных значений, измеренных при 35-38°С.

Закономерности, выявленные при изучении температурной зависимости фотосинтеза и дыхания, проявились в суточном ходе С02-газообмена растений. В жаркий и сухой вегетационный период высокая освещенность и температура в полуденные часы приводили к депрессии видимого фотосинтеза листьев очитков. В такие дни ассимиляция С02 наблюдалась в утренние и вечерние часы и была сравнительно низкой.

Многие виды толстянковых, обитающих в аридных регионах, способны переходить на САМ при высоких температурах и засухе (Osmond, 1978). Одним из признаков САМ является повышение кислотности клеточного сока в ночные часы. Определения рН клеточного сока показали, что у листьев р розовой кислотность клеточного сока в течение суток практически не изменялась и составляла около 5.6, у очитков в течение ночи значения рН снижались от 5.8-6.0 до 4.8-5 0. У типичного С3 вида картофеля в полу-

денные и ночные часы величина рН составляла 6.2. Экспозиция растений, произрастающих на делянке, в атмосфере 14С02в 2 и 4 ч ночи не выявила способности листьев р розовой к темновой фиксации С02. У о. пурпурного через 8 ч после ночной экспозиции 14С в небольших количествах был обнаружен в листьях, стеблях и соцветиях. Это позволяет предположить, что о. пурпурный способен ассимилировать С02 в ночные часы.

Чтобы индуцировать переход растений на САМ, было поставлено несколько опытов. В опыте 1 на генеративно зрелые растения р.розовой и о пурпурного воздействовали засухой и засолением. Выявили, что в дневные часы листья растений ассимилировали С02, а ночью - дышали. У р розовой водный стресс и засоление вызывали подавления скорости видимого фотосинтеза. У о. пурпурного депрессию видимого фотосинтеза в полуденные часы отмечали только при засолении. В ночные часы листья стресси-рованных растений дышали интенсивнее по сравнению с контролем

В опыте с растениями о. едкого водный дефицит создавали прекращением полива. Определения титруемой кислотности клеточного сока не выявили существенных различий между опытными и контрольными растениями, в дневные и ночные часы. Лишь на 20 день у опытных растений ночью отмечали повышение титруемой кислотности. В дневные часы контрольные и опытные растения ассимилировали С02, ночью наблюдалось выделение С02 При этом фотосинтез стрессированных растений составлял 15% от контрольных.

Таким образом, полевые опыты по воздействию засухи на растения р. розовой, о. пурпурного и о. едкого показали, что водный стресс приводит к депрессии фотосинтеза в дневные часы, но не вызывал переход на САМ в ночные часы.

В опыте 2 растения о. пурпурного и р. розовой выкапывали, пересаживали сосуды и помещали в контролируемые условия в середине марта. Через 3 недели после отрастания молодых побегов прекращали полив опытных растений. Контрольные растения имели типичную для С3-видов суточную динамику С02-газообмена: в дневные часы отмечали ассимиляцию С02, при выключении света - выделение С02 (рис. 6) В условиях засу-

день

ночь

день

Рис 6 Суточный ход С02-газообмена молодых побегов Rhodiola rosea (А), Hyloteleohium triphyllum (Б): 1 - контроль, 2 - засуха.

хи растения в дневные часы имели положительный газообмен. Однако скорость видимого фотосинтеза листьев опытных растений р.розовой была в 5 раз ниже по сравнению с контрольными У о. пурпурного засуха вызывала снижение скорости видимого фотосинтеза более чем в 2 раза. В полуденные часы отмечали лишь слабоположительный газообмен. После выключения света большую часть темнового периода молодые побеги о. пурпурного поглощали С02, а в конце ночи у них отмечали выделение С02. Следовательно, молодые побеги о.пурпурного в условиях засухи переходили на САМ.

В опыте 3 растения о. едкого с зимующими вегетативными побегами в середине марта переносили с делянки в контролируемые условия (как в опыте 2) Часть растений подвергали засухе. Через две недели от начала опыта контрольные растений имели типичный для С3-растений суточный ход С02-газообмена. У стрессированных растений засуха приводила к значительному закислению (по сравнению с контролем) клеточного сока в дневные и ночные часы. С02-газообмен у опытных растений в течение суток был положительным - происходила ассимиляция С02. Следовательно, вегетативные побеги о едкого в контролируемых условиях способны ассимилировать С02 по САМ-пути фотосинтеза.

В опыте 4 у растений о. едкого (материал и условия как в опыте 3) удаляли летне-зимнезеленые побеги, чтобы индуцировать отрастание молодых побегов из почек возобновления Опытные растения подвергали засухе и засолению Титруемая кислотность клеточного сока молодых побегов, сформированных в условиях водного стресса, возрастала сильнее, чем при засолении. При этом уровень титруемой кислотности перед включением света был достоверно выше по сравнению с величиной, измеренной в конце светового периода Суточные определения С02-газообмена показали, что молодые побеги контрольных растений в дневные часы фо-тосинтезировали с интенсивностью около 2 мг/г сухой массы ч (рис. 7). После выключения света скорость видимого поглощения С02 резко снижалась В темноте отмечали слабое выделение С02. В варианте с засолением скорость поглощения С02 в дневные часы была значительно ниже, чем у контрольных растений, а в ночные часы регистрировали интенсивное выделение С02 В варианте с засухой в дневные часы скорость поглощения С02

Т 4

день

ночь

Рис. 7. Суточный ход С02-газооб-мена молодых побегов Sedum acre: 1 -контроль, 2 - засуха, 3 -засоление

побегов была ниже по сравнению с контролем, но выше, чем у растений при засолении. В конце дня в первый момент после выключения света отмечали повышение концентрации С02 в камере, а затем растения начинали поглощать С02, что свидетельствует об их переходе на САМ

Итак, оба вида очитков можно отнести к группе умеренно светолюбивых растений. Интенсивность фотосинтеза листьев о. пурпурного и о. едкого зависела от температуры; высокая освещенность и температура приводили к депрессии видимого поглощения С02. При сочетании высокой температуры и засухи растения переходили на САМ-тип фотосинтеза У растений р. розовой не выявили признаков САМ.

Глава в.

Экологические особенности толстянковых на Севере (обсуждение результатов)

В процессе эволюции большинство видов сем. Crassulaceae адаптировались к произрастанию в аридных условиях, в местообитаниях с высокой температурой и интенсивностью солнечной радиации (Алехин и др., 1956; Жизнь растений, 1981). Произошло обособления растений-суккулентов, имеющих редуцированную листовую пластинку и водозапасающие ткани (Поплавская, 1948; Серебряков, 1962).

Наши исследования показали, что среди толстянковых на Севере сук-кулентные черты выражены только у о. едкого Наличие водозапасающей ткани, плохо развитый проводящий пучок, толстый эпидермис и кутикула сближают о. едкий с суккулентами из районов с засушливым климатом. Анализ функциональных и анатомических признаков показывает, что лист о. едкого - это высокоспециализированный орган, позволяющий растению произрастать в условиях недостатка воды. Листья о. пурпурного и р. розовой имеют сходное с листом мезофитных растений строение, но отличаются от них выраженной способностью удерживать воду в вакуолях ассимилирующих клеток и клеточных структурах. При дефиците воды у о пурпурного и р. розовой толщина листовой пластинки возрастает, клетки мезофилла и объем клеточной вакуоли увеличиваются Это является результатом диссоциации макромолекул в низкомолекулярные вещества, которые переходят в клеточную вакуоль и повышают осмотический потенциал (Rabas, Martin, 2003). Поэтому оба вида могут выдерживать кратковременные периоды засухи.

На анатомическом уровне у о едкого отмечены признаки (большое количество мелких хлоропластов), характерные для световых растений У о. пурпурного в клетках мезофилла хлоропластов вдвое меньше и они крупнее, что указывает на приспособление к низкой освещенности. Лист р. розовой несет признаки светолюбивого растения (наличие палисадной ткани). Однако наличие небольшого числа крупных хлоропластов, расположенных по всей поверхности клетки, характеризует это растение как теневыносливое. По результатам изучения световой кривой фотосинтеза и пиг-

ментного комплекса И. В. Далькэ (2002) относит р. розовую к растениям с умеренно выраженными признаками светолюбия. Структура пигментного аппарата (соотношение Хл а/Ь, доля Хл в ССК) показывает, что очитки также можно отнести к умеренно светолюбивым растениям У о. пурпурного в открытых местообитаниях происходит накопление в верхней эпидерме анто-цианов, резко уменьшается количество фотосинтетических пигментов, снижается фотосинтез. Показано, что антоцианы способны защищать клеточные структуры от высокой инсоляции (Christie е. а., 1994; Burger, Edvards, 1996; Barker е.а, 1997). Однако в наших опытах, несмотря на накопление антоцианов, листья световых растений о пурпурного быстро старели и опадали По-видимому, увеличение содержания антоцианов является неспецифической реакцией и происходит в результате катаболизма белков.

Наши определения и полученные в лаборатории данные (Далькэ, Головко, 2001; Далькэ 2002) показывают, что р. розовая способна фотосин-тезировать со сравнительно высокой для стресс-толерантов скоростью (20-40 мг С02/г сухой массы ч). У о. пурпурного и о. едкого скорость ассимиляции С02 в оптимальных условиях была существенно ниже, 12 и 5 мг СО^г сухой массы ч, соответственно. Высокая скорость поглощения С02 у р. розовой и низкая - у очитков коррелирует со строением листа и содержанием пигментов. Листья р. розовой имеют палисадную ткань и отличаются более высоким содержанием фотосинтетических пигментов. Анализ температурной зависимости скорости поглощения С02 позволяет заключить, что фотосинтез толстянковых на Севере чувствителен к высокой температуре. Нами установлено, что при 25-28°С у р. розовой и о. пурпурного происходит не только снижение видимого фотосинтеза, но и подавление процессов фотосинтеза на уровне фотосистем, что выразилось в падении скорости транспорта электронов.

Фотосинтетический аппарат листьев р. розовой более устойчив к пониженной температуре, чем очитков При 5-8°С листья р. розовой способны фотосинтезировать со скоростью 50% от максимальной, тогда как листья очитков - достигают только 30% от максимального фотосинтеза Об устойчивости фотосинтеза р. розовой к пониженным температурам свидетельствуют также наши данные (Головко и др., 2005) по последствию низких и высоких (40°С) температур на транспорт электронов. Длительное выдерживание листьев (2.5 ч) при 0°С оказывало меньший эффект, чем кратковременное (0.5 ч) при 40°С.

Многими авторами (Osmand, 1978; Cusman, Borland, 2002) показана способность толстянковых к CAM-фотосинтезу в аридных зонах в жаркие и сухие периоды. В опытах И.Далькэ (2002) у р розовой при выращивании в подзоне средней тайги признаков САМ (судя по кислотности клеточного сока) выявлено не было. Результаты наших опытов по воздействию на р. розовую засухи и засоления подтверждают этот вывод. Опыты с очитками в полевых и контролируемых условиях выявили индуцируемые засухой поглощение С02 и закисление клеточного сока в ночные часы. Ранее на способность к CAM-метаболизму растений Н. triphyllum и S acre, произрастающих в более южных районах, указывали другие авторы (Schuber, Kluge,

1981; Lee, Griffiths, 1987). Можно полагать, что очитки не утратили этой способности с продвижением на Север Но, очевидно, проявляется эта способность в редкие периоды сильно засушливой и теплой погоды. Не исключено, что это свойство окажется особо полезным в условиях глобальных изменений климата, которые могут привести к аридизации и повышению температуры на Севере (Chapín III е.а., 1992). Центр происхождения R. rosea - горные районы Гималаев (Бялт, 2004) Вид распространился на Северном Урале и по побережью Северного Ледовитого океана. Учитывая эволюционную историю, можно считать закономерным отсутствие у р. розовой способности переходить на САМ.

В результате адаптации к условиям Севера у толстянковых выработалось ряд защитно-приспособительных механизмов. Зимний период они переживают в состоянии покоя, однако только у р. розовой почки возобновления находятся в глубоком физиологическом покое (Далькэ, 2002, Далькэ, Головко, 2006). У о. едкого перезимовывают зеленые вегетативные побеги с почками. В осенний период в листьях увеличивается содержание пигментов, происходит перераспределение воды из клеток водозапасающей ткани в клетки хлоренхимы. Способность сохранять фотосинтетический аппарат в зимний период компенсирует низкую скорость роста о. едкого.

Сравнение температурных кривых скорости роста, полученных микрокалориметрическим методом (Hansen е.а., 1994), показало, что р. розовая способна поддерживать высокую скорость метаболических процессов и дыхания при низких положительных температурах. Это позволяет растению начинать рост при более низких температурах, по сравнению с очитками, и занимать более северные и горные местообитания.

Большую роль в распространении и поддержании вида в растительных сообществах играет семенное возобновление. По нашим данным оптимальной для прорастания семян толстянковых была температура 20°С. Низкая всхожесть семян у р. розовой, потребность в стратификации и различная степень развития зародыша обуславливают их разнокачествен-ность Это свойство играет важную роль в сохранении почвенного банка семян и размножении р розовой. В отличие от р. розовой, семена очитков не имели периода покоя и прорастали при благоприятных условиях

Таким образом, на основе эколого-физиологического исследования трех видов сем. Толстянковых можно заключить, что р розовая наиболее адаптирована к произрастанию в условиях Севера. Этому способствуют высокая скорость метаболических процессов при низких положительных температурах, формирование каудекса с защищенными почками возобновления и выраженная гетероспермия Ростовые процессы у о. едкого протекают с низкой интенсивностью, что не позволяет ему конкурировать за ресурсы с другими травами. Поэтому вид имеет узкую экологическую нишу и произрастает на песках в сосновых борах, вдоль дорог. Адаптации к засушливым периодам способствует наличие в листе водозапасающей ткани и переключение фотосинтеза с С3- на САМ-тип. О. пурпурный более пластичен по сравнению с двумя другими видами. Способен произрастать в условиях затенения (луг, лес) и высокой освещенности (суходольный луг,

песчаные участки вдоль русел рек). Большая оводненность клеток мезофилла, способность к САМ позволяют растениям хорошо переносить кратковременные периоды засухи. С продвижением на Север у о.пурпурного возрастает доля подземной части, в клубнекорнях запасается крахмал, что является адаптивной реакцией.

Выводы

1 Выявлены различия в функциональной анатомии листьев растений Hylotelephium triphyllum, Sedum acre и Rhodiola rosea - представителей сем. Crassulaceae DC. на Севере. Мезофилл R. rosea четко дифференцирован на палисадную и губчатую ткани, у Н triphyllum и S acre все клетки округлой формы. Клетки мезофилла R. rosea и Н. triphyllum содержат по 50-55, S. acre - около 170 хлоропластов. Объем клетки, приходящийся на хлоропласт, у S. acre в 5 раз больше, чем у R. rosea. Листья S. acre имеют слой специализированных водозапасающих клеток, у двух других видов вода запасается в вакуолях хлорофиллсодержащих клеток.

2 Листья R. rosea отличались вдвое большим содержанием фотосинтетических пигментов, у Н. triphyllum и S. acre выше доля хлорофиллов, принадлежащих светособирающему комплексу, что характеризует их как умеренно светолюбивые растения. При адаптации Н. triphyllum к высокой инсоляции в листьях снижалась концентрация хлорофиллов и каротиноидов, сильно возрастало количество внепластидных пигментов - антоцианов. У зимнезеленых побегов S. acre в осенний период отмечали накопление хлорофиллов, что можно рассматривать как приспособительную реакцию, позволяющую сохранить пигментный аппарат растений при перезимовке.

3 Скорость ассимиляции С02 листьев толстянковых сильно зависела от свето-температурных условий. Оптимальный для фотосинтеза Н. triphyllum и S. acre диапазон составлял 12-24°С и по сравнению с R. rosea сдвинут на 3-5°С в область более высоких температур. При оптимальной температуре и насыщающей освещенности скорость фотосинтеза Н. triphyllum и S. acre составляла соответственно 12 и 5 мг COJr сухой массы ч, что в 3-6 раз ниже, чем у R. rosea. При действии супероптимальной температуры и высокой освещенности выявлено снижение скорости видимого поглощения С02 листьев и транспорта электронов в тилакоидах хлоропластов И. triphyllum и R. rosea.

4. В экспериментальных условиях под действием засухи и засоления скорость фотосинтеза снижалась у всех трех видов. Поглощение С02 и повышение кислотности клеточного сока в ночные часы у Н. triphyllum и S. acre в условиях водного стресса можно рассматривать как переход растений к САМ-типу фотосинтеза. Растения R. rosea не проявляли признаков САМ-метаболизма.

5. По скорости роста и дыхательной способности растения сильно различались: R. rosea > Н. triphyllum > S. acre. В диапазоне превалирующих в течение вегетационного периода температур (5-20°С) величина этих пока-

зателей у всех видов возрастала с повышением температуры на 10°С примерно вдвое Рост побегов S acre начинался при 8-10°С, R. rosea - при более низких температурах Способность растений R rosea поддерживать сравнительно высокую дыхательную активность при пониженных температурах позволяет растениям начинать рост рано весной и занимать более северные и горные местообитания.

6. Установлено, что растения S. acre и Н. triphyllum формировали не имеющие покоя полноценные семена с высокой всхожестью Семена R. rosea различались по окраске кожуры, имели низкую всхожесть и нуждались в стратификации. У семян с темной кожурой эмбриогенез останавливался на глобулярной стадии, светло окрашенные семена имели зародыш с разной степенью сформированности. Раствор гиббереллина стимулировал выход семян из покоя, повышал их всхожесть У всех трех видов семена лучше прорастали на свету при умеренной температуре

7. В целом, полученные данные свидетельствуют о том, что представители толстянковых различались существенно по структурно-функциональным показателям, уровню активности и адаптированности метаболизма к северным условиям, что проявляется в их экологической стратегии

Список публикаций по теме диссертационной работы

Далыа И В., Бачаров Д.С. Структурные особенности листьев Rhodiola rosea L. двух географически групп: Тез.докл. Межд конф. «Актуальные вопросы экологической физиологии растений в XXI веке». Сыктывкар, 1-6 октября 2001 г - Сыктывкар, 2001. - С. 210-211.

Бачаров Д.С. Структурная адаптация листа Rhodiola rosea L. разного происхождения- Матер докл. VIII молодежной научной конф. «Актуальные проблемы биологии и экологии». Сыктывкар, 18-20 апреля 2001 - Сыктывкар, 2001 - С. 188-191.

Бачаров Д.С. Изучение структуры листа представителей сем. Crassulaceae, произрастающих в холодном климате: Матер, докл. II Меж-дун. научной конф. «Регуляция роста, развития и продуктивности растений». Минск, 5-8 декабря 2001 г. - Минск, 2001. - С. 17-18

Бачаров Д.С. Структурная адаптация листьев некоторых мезофитных видов к условиям Севера: Тез докл молодежной научной конф. «Актуальные проблемы биологии и экологии». Сыктывкар, 15-17 апреля 2002 г -Сыктывкар, 2002. - С. 13-14.

Головко Т.К., Далькэ И.В., Бачаров Д.С. С02-газообмен толстянковых (Crassulaceae) на Севере- Тез. докл. V съезда Общества физиологов растений России и Межд конф «Физиология растений - основа фитобиотех-нологии». Пенза, 15-21 сентября 2003 г. - Пенза, 2003. - С. 31-21.

Головко Т.К., Далькэ И.В., Бачаров Д.С. Роль покоя почек в адаптации Rhodiola rosea L. в холодном климате- Матер. Всероссийской научно-практической конф. «Физиология растений и экология на рубеже веков». Ярославль, 26-28 мая 2003 г. - Ярославль, 2003. - С. 80-81.

Бабак Т.В., Бачаров Д.С. Биологические и эколого-ценотические характеристики видов рода Sedum на европейском Севере-Востоке: Матер, докл. VII Всероссийского популяционного семинара. Сыктывкар, 16-21 февраля 2004 г. - Сыктывкар, 2004 - С. 14-15

Бачаров Д.С., Бабак Т.В. Биоморфологические и фенологические характеристики очитков в условиях холодного климата: Матер, докл. XI молодежной научной конф. «Актуальные проблемы биологии и экологии». Сыктывкар, 19-23 апреля 2004 г. - Сыктывкар, 2004 - С. 30.

Бачаров Д.С. Тарбаева В.М., Далькэ И.В., Головко Т.К. Морфолого-ана-томические и физиологические особенности семян Rhodiola rosea (Cras-sulaceae) // Ботанический журнал, 2004. - Т. 69, №4. - С.625-631.

Бачаров Д.С. Морфофизиологическая характеристика двух видов очитков (сем. толстянковые), произрастающих в подзоне средней тайги европейского Северо-Востока: Тез. докл. Межд. конф. «Проблемы физиологии растений Севера». Петрозаводск, 15-18 июня 2004 г. - Петрозаводск, 2004 -С. 18.

Бачаров Д.С., Дымова О.В., Атландирова O.A. Влияние освещенности на пигментный комплекс и флуоресценцию хлорофилла в листьях очитка пурпурного: Тез. докл. XII молодежной научной конф. «Актуальные проблемы биологии и экологии». Сыктывкар, 4-7 апреля 2005 г. - Сыктывкар, 2005-С. 24.

Бачаров Д.С., Далькэ И.В., Тимофеева Е.В. Физиология фотосинтеза представителей сем. Crassulaceae в условиях холодного климата: Тез. докл. XII молодежной научной конф. «Актуальные проблемы биологии и экологии». Сыктывкар, 4-7 апреля 2005 г. - Сыктывкар, 2005 - С. 23.

Головко Т.К. Дальке И.В., БачаровД.С., Бабак Т.В., Захожий И.Г. Экофи-зиология представителей сем. толстянковых (Crassulaceae DC.) на Севере - Сыктывкар, 2005 - 40 с. (Научные доклады/ Коми научный центр УрО РАН, Вып. 474).

Головко Т.К. Дальке И.В., Бачаров Д.С., Дымова О.В., Захожий И.Г. Эко-лого-физиологические исследования растений на Севере и сохранение биоразнообразия: Тез. докл. Межд. конф. «Физиологические и молекуляр-но-генетические аспекты сохранения биоразнообразия». Вологда, 19-23 сентября 2005 г. - Вологда, 2005 - С. 47.

Dalke I.V., Bacharov D.S., GolovkoT.K., FrolovY.M. Anatomical, morphological and physiological peculiarities of Rhodiola rosea L. (Crassulaceae DC.) at the North: Abstacts of Intern. Symp. «Plant under environmental stress». Moskow, October 23-28, 2001. - Moskow, 2001. - P. 50-51.

й ti

400 <£ /\ 6©^

N2.60 43

Тираж 110

Заказ 20(06)

Информационно-издательская группа Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН 167982, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, д. 28

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Бачаров, Дмитрий Сергеевич

1.2.

Глава 2.

2.1. 2.2.

2.9.

Глава 3.

Общая характеристика представителей семейства Crassulaceae DC. Распространение видов Hylotelephium triphyllum, Rhodiola rosea, и Sedum acre

Эколого-физиологические особенности растений Объекты и методы исследований

Исходный материал и условия выращивания растений для опытов Введение 14С02 в растение

Газометрические определения фотосинтеза и дыхания

Анализ функционального состояния фотосинтетического аппарата растений методом регистрации индукции флуоресценции хлорофилла

Определение биохимических показателей Определение показателей функциональной структуры Определение всхожести семян

Микрокалореспирометрические определения скорости роста растений

Статистическая обработка данных

Функциональная анатомия вегетативных и генеративных органов растений Hylotelephium triphyllum, Rhodiola rosea и Sedum acre

3.1. Анатомическая структура вегетативных органов

3.2. Анатомо-морфологические и эколого-физиологичесике особенности семян Hylotelephium triphyllum, Rhodiola rosea и Sedum acre

Глава 4. Морфофизиологические и ростовые характеристики растений.

Содержание в биомассе азота, углерода и растворимых углеводов

4.1. Метаболитическая активность, интенсивность дыхания и относительная скорость роста у Hylotelephium triphyllum, Rhodiola rosea и Sedum acre

4.2. Дыхание органов растений Hylotephium triphyllum и Sedum acre в течение вегетации

4.3. Накопление и распределение биомассы у культивируемых и дикорастущих растений Hylotelephium triphyllum

4.4. Концентрация азота и углерода в биомассе

4.5. Рост, развитие и морфологическая характеристика Sedum acre в условиях культуры

Глава 5. Пигментный комплекс и С02-газообмен растений Hylotelephium triphyllum и Sedum acre

5.1. Характеристика пигментов растений

5.2. Фотосинтез и дыхание растений Hylotelephium triphyllum и Sedum acre

5.3. Влияние стрессовых условий на СОг-газообмен толстянковых на Севере

Глава 6. Экологические особенности толстянковых на Севере обсуждение результатов)

Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Экофизиология представителей сем. Crassulaceae dc. в холодном климате"

Изучение взаимодействия растения со средой на функциональном уровне и оценка соответствия их метаболизма условиям произрастания является одной из приоритетных задач современной экофизиологии. Актуальными остаются эколого-физиологические исследования растений крайних местообитаний, редких и полезных видов в связи с обострением экологических проблем.

На Севере растения произрастают в суровых условиях (пониженные температуры, бедность и высокая кислотность почв, короткий вегетационный период и др.), поэтому важно исследовать их функциональное состояние и адаптивные возможности с учетом эволюционного происхождения и экологической стратегии (Заленский, 1977; Гамалей, 2004; Головко, 2005).

Суккуленты и суккулентоподобные растения - малораспространенная на Севере группа. Большинство суккулентов обитают преимущественно в аридных и полуаридных регионах с теплым сухим климатом благодаря способности ассимилировать углерод по САМ-типу. Суккулентоподобные растения распространены в разных климатических зонах. Они адаптируются к дефициту почвенной влаги на морфологическом и анатомическом уровнях и обычно не способны к САМ-типу фотосинтеза.

На Европейском Северо - Востоке сем. Crassulaceae, виды которого являются суккулентами и суккулентноподобными растениями, представлено четырьмя родами: Tillaea, Rhodiola, Sedum и Hylotelephium (Флора Северо - Востока., 1976). Род Tillaea представлен единственным видом Tillaea aquatica, встречающимся почти во всех областях Голарктики. Род Rhodiola представлен двумя видами - родиола розовая и р.четырехнадрезная, род Hylotelephium - очиток пурпурный, род Sedum - очиток едкий.

К настоящему времени наиболее полно изучен род Rhodiola. Исследованы структура популяций и биоморфология р.розовой (Фролов, Полетаева, 1998), приведены данные о химическом составе (Саратиков, Краснов 2004; Kosman е.а., 2004), выявлены физиологические особенности растений из уральской и арктической частей ареала при культивировании (Далькэ, 2002). Фитоценологические и популяционные характеристики Sedum acre и Hylotelephium triphyllum отражены в работе Т.В. Бабак (2005). Наша работа продолжает эколого-биологические исследования представителей сем. толстянковые на Севере с применением экофизиологических методов и подходов.

Цель и задачи исследования

Целью работы было сравнительное изучение эколого-физиологических и структурных характеристик Hylotelephium triphyllum, Sedum acre и Rhodiola rosea в связи с адаптацией растений к условиям Севера. В задачи входило:

1. Изучить функциональную анатомию и определить количественные характеристики мезоструктуры листьев.

2. Изучить морфофизиологические особенности семян.

3. Выявить закономерности роста, накопления и распределения биомассы по органам растений.

4. Определить содержание и соотношение фотосинтетических пигментов и антоцианов.

5. Рассмотреть закономерности изменения СОг - газообмена растений в зависимости от внешних факторов.

Научная новизна

Впервые дана сравнительная эколого-физиологическая характеристика трех видов растений (родиола розовая, очиток пурпурный и о.едкий) - представителей сем. Crassulaceae на Европейском Северо-Востоке. Установлено, что у р.розовой основная фотосинтезирующая ткань листа - мезофилл, четко дифференцирована на палисадную и губчатую, у о.пурпурного и о.едкого мезофилл не дифференцирован, все клетки округлой формы. Листья о.едкого имели специализированные водозапасающие клетки. Водозапасающая ткань сильнее развита в летне-зеленых листьях по сравнению с зимне-зелеными. Хлоропласты о.едкого мельче и их втрое больше в клетке, чем у двух других видов.

Выявлено накопление хлорофиллов в осенний период у о.едкого, что можно рассматривать как адаптивную реакцию, позволяющую сохранить фотосинтетический аппарат растений в течение перезимовки. Листья очитков отличались сравнительно низким содержанием зеленых и желтых пигментов. При адаптации к высокой инсоляции в эпидерме листьев о.пурпурного накапливались антоцианы. Скорость ассимиляции С02 сильно зависела от свето-температурных условий. Диапазон оптимальных для фотосинтеза температур составлял у очитков 12-24°С, у р.розовой - 8-18°С. При действии супероптимальных температур (25-28°С) и высокой освещенности выявлено подавление транспорта электронов в мембранах тилакоидов хлоропластов. Экспериментально показано, что засуха и засоление в сочетании с повышенными температурами вызывали депрессию видимого фотосинтеза растений. В отличие от р.розовой, о.едкий и о.пурпурный способны переходить на САМ-тип фотосинтеза в стрессовых условиях. Выявлена гетероспермия у р.розовой, что проявлялось в разнокачественности семян по анатомо-морфологическим и физиологическим признакам.

Практическая значимость

В работе впервые дана эколого-физиологическая характеристика растений о. пурпурного и о. едкого, выявлена их реакция на различные факторы среды. Полученные данные могут быть использованы при культивировании о.едкого и о.пурпурного в качестве лекарственных и декоративных растений, при организации мониторинга природных ценопопуляций. Предложен способ повышения всхожести семян р.розовой, определены оптимальные условия для проращивания семян р.розовой и очитков.

Результаты исследований использованы при чтении курса «Физиология растений» и спецкурса «Экологическая физиология растений» для студентов-биологов Сыктывкарского государственного университета.

Работа выполнена в Лаборатории экологической физиологии растений Института биологии Коми НЦ УрО РАН в период прохождения курса аспирантуры (2002-2005 гг.) и является частью плановых тем: «Физиология многолетних травянистых растений на Севере» (№ Гр 01.9.60003715) и «Физиолого-биохимические основы адаптации и репродукции растений в холодном климате» (№ Гр 01.2.00Ю7254). Частично поддержана грантами: РФФИ № 04-04-48255 "Пигменты и их роль в устойчивости фотосинтетического аппарата растений к различным стрессам в условиях холодного климата»; целевая программа поддержки междисциплинарных проектов, выполняемых в содружестве между учеными СО, ДВО и УрО РАН «Механизмы адаптации фотосинтетического аппарата растений на разных уровнях его организации».

Благодарности

Автор выражает глубокую признательность и благодарность своему научному руководителю профессору, д.б.н. Т. К. Головко. Благодарен сотрудникам Лаборатории экологической физиологии растений Института биологии Коми НЦ УрО РАН и особенно И.В. Далькэ, Г.Н. Табаленковой, C.B. Куренковой, О.В. Дымовой, С.П. Масловой за ценные замечания и советы при проведении экспериментов и оформлении диссертации, Т.В. Бабак за консультации по описанию морфологии растений, студентам кафедры ботаники СыктГУ Е.С. Тимофеевой и О.В. Атландировой за помощь при постановке экспериментов и обработке материала. Выражаю благодарность ведущему инженеру М.Д. Сивкову за техническое содействие при проведении экспериментов.

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Бачаров, Дмитрий Сергеевич

ВЫВОДЫ

1. Выявлены различия в функциональной анатомии листьев растений Hylotelephium triphyllum, Sedum acre и Rhodiola rosea - представителей сем. Crassulaceae DC. на Севере. Мезофилл R.rosea четко дифференцирован на палисадную и губчатую ткани, у H.triphyllum и S.acre все клетки округлой формы. Клетки мезофилла R.rosea и H.triphyllum содержат по 50-55, S.acre - около 170 хлоропластов. Объем клетки, приходящийся на хлоропласт, у S.acre в 5 раз больше, чем у R.rosea. Листья S.acre имеют слой специализированных водозапасающих клеток, у двух других видов вода запасается в вакуолях хлорофиллсодержащих клеток.

2. Листья R.rosea отличались вдвое большим содержанием фотосинтетических пигментов, у H.triphyllum и S.acre выше доля хлорофиллов, принадлежащих светособирающему комплексу, что характеризует их как умеренно светолюбивые растения. При адаптации H.triphyllum к высокой инсоляции в листьях снижалась концентрация хлорофиллов и каротиноидов, сильно возрастало количество внепластидных пигментов - антоцианов. У зимнезеленых побегов S.acre в осенний период отмечали накопление хлорофиллов, что можно рассматривать как приспособительную реакцию, позволяющую сохранить пигментный аппарат растений при перезимовке.

3. Скорость ассимиляции С02 листьев толстянковых сильно зависела от свето-температурных условий. Оптимальный для фотосинтеза H.triphyllum и S.acre диапазон составлял 12-24°С и по сравнению с R.rosea сдвинут на 3-5°С в область более высоких температур. При оптимальной температуре (18-20°С) и насыщающей освещенности £100120 Вт/м2) скорость фотосинтеза H.triphyllum и S.acre составляла соответственно 12 и 5 мг СОг/г сухой массы ч, что в З-б раз ниже, чем у R.rosea. При действии супероптимальной температуры (25-28°С) и высокой освещенности выявлено снижение скорости видимого поглощения С02 листьев и транспорта электронов в тилакоидах хлоропластов H.triphyllum и R.rosea.

4. В экспериментальных условиях под действием засухи и засоления скорость фотосинтеза снижалась у всех трех видов. Поглощение С02 и повышение кислотности клеточного сока в ночные часы у H.triphyllum и S.acre в условиях водного стресса можно рассматривать как переход растений к CAM-типу фотосинтеза. Растения R.rosea не проявляли признаков САМ- метаболизма.

5. По скорости роста и дыхательной способности растения сильно различались: R.rosea > H.triphyllum > S.acre. В диапазоне превалирующих в течение вегетационного периода температур (5-20°С) величина этих показателей у всех видов возрастала с повышением температуры на 10°С примерно вдвое. Рост побегов S.acre начинался при 8-10°С, R.rosea - при более низких температурах. Способность растений R.rosea поддерживать сравнительно высокую дыхательную активность при пониженных температурах позволяет растениям начинать рост рано весной и занимать более северные и горные местообитания.

6. Установлено, что растения S.acre и H.triphyllum формировали не имеющие покоя полноценные семена с высокой всхожестью, 80-90%. Семена R.rosea различались по окраске кожуры, имели низкую всхожесть и нуждались в стратификации. У семян с темной кожурой эмбриогенез останавливался на глобулярной стадии, светло окрашенные семена имели зародыш с разной степенью сформированности. Раствор гиббереллина стимулировал выход семян из покоя, повышал всхожесть с 30-40 до 90-100%. У всех трех видов семена лучше прорастали на свету при температуре 20°С.

7. В целом, полученные данные свидетельствуют о том, что представители толстянковых различались существенно по структурно-функциональным показателям, уровню активности и адаптированности метаболизма к северным условиям, что проявляется в их экологической стратегии.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Бачаров, Дмитрий Сергеевич, Санкт-Петербург

1. Андреева В.Н. Особенности распространения и экологии Rhodiola rosea L. в условиях Мурманской области // Биологические проблемы Севера /Отв.ред. Апатиты: - 1979. С.19-20.

2. Андреева В.Н., Похилько A.A., Царева В.Т. Биологическиа флора Мурманской области. -Апатиты:Корельский филиал АН СССР, 1987.- 234 с.

3. Андрианова Ю.С., Тарчевский И.А. Хлорофилл и продуктивность растений. М.:Наука, 2000. - 136 с.

4. Арктическая флора СССР /Отв.ред. Б.А. Юрцева. Л.: Наука, 1984. - Вып. IX. 4.1 С.9-18. Бабак Т.В. Биология и экология видов рода Sedum s.l. таежной зоны европейского северо-востока России: Автореф. дис. канд. биол. наук. - Сыктывкар., 2005. - 21 с.

5. Бачаров Д.С., Тарбаева В.М., Далькэ И.В., Головко Т.К. Морфолого-анатомические и физиологические особенности семян Rhodiola rosea (Crassulaceae) // Ботанический журнал. 2004.- Т.89. - №4. - С.625-631

6. Байрамов А.А, Касумов Ф.Ю. К биологии очитка едкого на Апешоре // Известия академии наук Азербайджанской ССР. Серия биологических наук. 1975.- №6.- С.10-12

7. Белозерова Л.С., Гой В. Превращение пировиноградной кислоты и углеводов у взрослых растений и «деток» Bryophyllum daigremontianum // Вестник ЛГУ. 1976. - №3. - С.140-142

8. Белозерова Л.С., Гой В. Формирование суккулентного типа обмена органических кислот у растения Bryophyllum daigremontianum в онтогенезе // Физиология растений. 1981. -№3. - С.85-88

9. Белостоков Г.П. О строении семян некоторых древесных пород // Ботанический журнал. -1962. Т.47. - №11. - С. 1611-1629

10. Борисова А.Г. Конспект системы семейства Толстянковые Crassulaceae DC. - В кн.: Флора СССР. - М-Л.:Изд-во АН СССР, 1939. - Т.9.- С.8-134

11. Бутник А.А, Тимченко О.В. Строение эпидермы листьев видов семейства Chenopodiaceae // Ботанический журнал. 1987. - Т.72 - №8.- С.1021-1030

12. Бялт B.B. Анализ географического распространения толстянковых (Crassulaceae) в Евразии: Матер, докл. первой Международной науч.-прак.конф. «Биологическое разнообразие и интродукция суккулентов» СПб., 2004.- С.118-120

13. Бялт В.В. Заметки о некоторых видах родов Hylotelephium и Sedum (Crassulaceae) флоры Восточной Европы // Ботанический журнал. 1996. - Т.81.- №9. - С.59-62

14. Вознесенский В.Л. Фотосинтез пустнных растений. Л.:Наука, 1977. 256 с.

15. Гамалей Ю.В. Транспортная система сосудистых растений. СПб.: С.-Петерб. ун-т., 2004. -424 с.

16. Герасименко Т.В., Швецова В.М. Основные итоги эколого-физиологических исследований фотосинтеза в Арктике /В кн. Эколого-физиологические исследований фотосинтеза и дыхания растений. Л.:Наука, 1989. - С.65-114.

17. Головко Т.К., Далькэ И.В., Табаленкова Г.Н. Функциональные характеристики представителей природной флоры Приполярного Урала (Национальный парк «Югыд-ВА»): Тез. докл. Междунар. конф. «Проблемы физиологии растений Севера». Петразоводск -2005. С.55

18. Головко Т.К. Дыхание растений клевера красного // Физиолого-биохимичечкие основы продуктивности клевера красного на Севере: Сб.науч.тр. /Коми филиала АН СССР/ Отв.ред. И.В.Забоева. Сыктывкар., 1978. - С.51-62

19. Гончарова С.Б. О таксономиии представителей подсемейства Sedoideae (Crassulaceae) Российского Дальнего Востока // Ботанический журнал. 2000. - №9. - С. 120-128

20. Горышина Т.К. Фотосинтетический аппарат растений и условия среды. Л.:Наука, 1989. -204 с.

21. Горышина Т.К., Заботина Л.Н., Исследование ассимиляционного аппарата у некоторых видов под пологом елового леса и на субальпийском лугу в Карптах // Лесоведение. -1977. №2. - С. 20-29

22. Гляд В.М. Определение моно- и олигосахаридов в растениях методом нормально-фазовойвысокоэффективной хроматографии: Науч.докл. «Новые научные методики» /КНЦ УрО РАН/Сыктывкар. 1999 .- Вып.55.- 16 с.

23. Губанова Т.Б. О морозостойкости некоторых видов опунций в условиях южного берега Крыма: Матер, докл. конфер. «Биологическое разнообразие и интродукция суккулентов» -СПб. 2004. - С.35-38

24. Гусев H.A. Состояние воды в растении.- М.: Наука, 1974. 130 с.

25. Далькэ И.В. Эколого-физиологические и морфологические характеристики Rhodiola rosea L из арктической и уральских частей ареала /Автореф. дис канд. биол. наук. Сыктывкар, 2002. - 21 с.

26. Далькэ И.В. Головко Т.К. Оптимальная температура и освещенность для фотосинтеза толстянковых на Севере (на примере Rhodiola rosea L.) // Вестник Башкирского ун-та. -2001. №2. - С.29-31

27. Далькэ И.В., Головко Т.К. Морфофизиологическая характеристика уральских и арктических растений Rhodiola rosea (Crassulaceae) при выращивании в подзоне средней тайги // Ботанический журнал. 2005. - Т.41. - Вып.4. - С. 1-11

28. Дымова О.В., Головко Т.К. Адаптация к свету фотосинтетического аппарата теневыносливых растений (на примере Ajuga reptans L.) 11 Физиология растений. 1998. - №4. - С. 521-528

29. Дымова О.В., Головко Т.К. Структурно-функциональные свойства фотосинтетического аппарата Ajuga reptans L. в холодном климате // Физиология растений. 2001. - № 3. -С.406-413

30. Измайлов С.Ф. Азотный обмен в растениях. М.: Наука, 1986 - 320 с.

31. Ильинский А.П. Растительность земного шара. М-Л.: Академия наук СССР, 1937 - 458 с.

32. Ишмуратова М.М Rhodiola iremelica (Crassulaceae) на Южном Урале // Ботанический журнал. 2002. - Т.87. - №5. - С.38-50

33. Заленский O.B. Эколого-физиологические аспекты изучения фотосинтеза // Тимирязевские чтения. Л.:Наука, 1977. - Вып. 37. - 57 с.

34. Заленский О.В., Глаголева Т.А., Некучаева Е.В. Метаболизм углерода у некоторых пустынных растений с суккулентными ассимиляционными побегами // Ботанический журнал. 1981. - Т.бб. - №3. - С.324-331

35. Кахнович Л.В. Фотосинтетический аппарат и световой режим. Минск.:Изд-во БГУ, 1980. -144 с.

36. Ким Е.Ф, Днепровский Ю.М. Морфолого-биологические особенности семян золотого корня // Успехи изучения лекарственных растений Сибири Томск:Томский ун.т, 1973. - С. 5255

37. Кожевников Ю.П. Заметки о видах Sedum (Crassulaceae) // Ботанический журнал. 1989. - Т.74.- № 4. - С. 534-543

38. Краснов Е.А, Саратиков A.C., Суров Ю.П. Растения семейства толстянковых. -Томск:Томский ун.т, 1979.- 208 с.

39. Кридл P.C., Брайденбах Р.В., Фонтана А. Дж., Генри Дж.-М., Смит Б.Н. Хансен Л.Д. Реакция дыхания растений на климат определяет их географическое распространение // Физиология растений. 1996. - Т.43.- №6. - С.813-821

40. Крокер В, Бартон Л.В. Физиология семян. М.: Иностранная литература, 1955. - 399 с.

41. Лакин Б.Ф. Биометрия. М.:Высшая школа, 1990. - 351 с. Лархер В. Экология растений. - М.:Мир, 1978. - 186 с.

42. Левин Г.М. Суккуленты: номинация и классификация: Матер, докл. конф. «Биологическое разнообразие и интродукция суккулентов» Спб. - 2004. - С.144-145

43. Лихонос Т.А, Калашник H.A. Кариосистематическое изучение некоторых видов рода

44. Rhodiola (Crassulaceae) // Ботанический журнал.- 1999. T.84. - №.11. - С. 107-112 Лукаткин A.C. Холодовое повреждение теплолюбивых растений и окислительный стресс -. Саранск: Мордовский ун-т, 2002,- 208 с.

45. Мерзляк H.H. Пигменты, оптика листа и состояние растений // Соросовский образовательный журнал. 1998.- N4.- С.19-24

46. Мокроносов А.Т. Мезоструктура и функциональная активность фотосинтетического аппарата // Мезоструктура и функциональная активность фотосинтетического аппарата: Сб.науч.тр. /УрО РАН/Отв.ред. А.Т. Мокроносова. Свердповск.'Уральсикй ун-т, - 1978. -С. 5-30

47. Николаева М.Г., Алексеева Х.А., Далецкая Т.В., Поздова Л.М., Полякова E.H., Разумова М.В. Условия прорастания семян растений Крайнего Севера // Бюл.Гл. ботан.сада. 1983.- Вып.128. С.90-94

48. Николаева М.Г., Лянгузова И.В., Поздова Л.М. Биология семян. Спб.:Наука, 1999. -233 с.

49. Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян. Л.:Наука, 1985. - 348 с.

50. Николаева М.Г., Юдин В.Г. Биология прорастания семян, сформировавшихся в условиях Заполярья // Бюл.Гл.ботан.сада. 1978. - Вып.110. - С.80-82

51. Паланов A.B. Морфолого-анатомическая характеристика среднеазиатских родов семейства Crassulaceae DC. в связи с их систематикой /Автореф. дис. канд. биол. наук. Л., 1989а. -16 с.

52. Паланов A.B. О роде Hylotelephium (Crassulaceae) // Ботанический журнал. 19896. - Т.74.- №1. С. 43-47

53. Паутова И.А. Основные черты строения листа в p.Rhodiola L.: Тез. докл. перв. Междунар. науч. конф. «Биологическое разнообразие. Интродукция растений» Спб. -1995.- С.67 -68

54. Паушева 3. П. Практикум по цитологии растений. М.: Высшая школа, 1974. - 288 с.

55. Полякова E.H., Николаева М.Г. Изменение изоферментного состава кислой фосфатазы при нарушении покоя семян клена татарского // Физиология растений. 1990. - Т.37. - №4. -С.707-711

56. Попова И.А., Маслова Т.Г., Попова О.Ф. Особенности пигментного аппарата растений различных ботанико-географических зон /В кн. Эколого-физиологические исследования фотосинтеза и дыхания растений. Л.:Наука, 1989.- С.115-139

57. Попова О.Ф., Спемнев H.H., Попова И.А., Маслова Т.Г. Содержание пигментов у растений пустынь Гоби и Каракумы // Ботанический журнал. 1984.- Т.69. - №3. - С.334-343 Поплавская Г.И. Экология растений. - М.: Наука, 1948 - 295 с.

58. Саратиков A.C., Краснов Е.А. Родиола розовая (золотой корень) Томск.¡Томский ун-т, 2004. - 292 с.

59. Семихатова O.A. Эколого-физиологические исследования темнового дыхания растений: прошлое, настоящее и будущее // Ботанический журнал. 2000. - №4. - С.15-22 Семихатова O.A., Чиркова Т.В. Физиология дыхания растений. Спб: С.-Петерб. ун-т., 2001. - 220 с.

60. Скрябин С.З. Условия прорастания семян растений крайнего Севера. // Бюл.Гл. ботан.сада. 1983. - Вып.128. - С.90-94.

61. Сравнительная анатомия семян /Отв. ред. М.Ф.Данилова М.Наука, 1996,- Т.5. - С.25-32 Стешенко А.П. О всхожести семян растений Полярного Урала // Ботанический журнал. -1966. - Т.51. - №2. - С.221-233

62. Тахтаджян А.Л. Система Магнолиофитов. Л.:Наука, 1987. - 439 с.

63. Тооминг Х.Г. Экологические принципы максимальной продуктивности посевов. -Л.:Гидрометеоиздат, 1984. 264 с.

64. Флора Северо-востока Европейской части СССР /Отв.ред. А.И. Толмачева. Л.:Наука, 1976. - Т.З. - 293 с.

65. Фролов Ю.М. Полетаева И.И. Родиола розовая на Европейском Северо-Востоке. -Екатеринбург: УрО РАН, 1997. 102 с.

66. Хит О. Фотосинтез: Физиологические аспекты.- М.:Мир, 1972. 315 с.

67. Черник В.В. О наличии эндосперма в семенах ильмовых // Бюл.Гл.ботан.сада. 1983. -Вып.128. - С.62-66

68. Шульгин И.А. Растение и солнце. Л.Гидрометеоиздат:, 1973. - 251 с.

69. Эдварде Дж., Уокер Д. Фотосинтез Сз- и С4- растений: механизмы регуляции. М.:Мир,1986. 598 с.

70. Barker D.H., Seaton G.G.R., Robinson S.A. Internal and external photoprotection in developing leaves of the CAM plant Cotyledon orblculata // Plant Cell and Environment. 1997. - Vol.20. -P.617-624

71. Burger J. Edwards G.E. Photosyntetic efficiency, and photodamage by UV and visible radiation, in red versus green leaf Coleus varieties // Plant and Cell Physiology. 1996. - Vol.37. - P.395-399

72. Charles-Edwards D.A., Charles-Edwards J. An analysis of the temperature response curves of CO2 exchange in the leaves of two temperature and one tropical grass species // Planta. -1970. Vol.94. - P.140-151

73. Cushman J.C. Borland A.M. Induction of Crassulacean acid metabolism by water limitation // Plant, Cell and Environment.- 2002. Vol.25. - P.295-310

74. Cushman J.C., Michalowski C.B., Bohnert H.J. Developmental control of Crassulaceae acid metabolism inducibility by salt stress in the common ice plant // Plant Physiologia. 1990. -Vol.94. - P. 1137-1142

75. Daniel P.P., Woodward F.I., Bryant J.A., Etherington J.R. Nocturnal accumulation of acid in leaves of Wall Pennywort (Umbilicus rupestns) following exposure to water stress 11 Annals of Botany. 1985. - Vol.55. - P.217-223

76. Ford B.J. Even plants excrete 11 Nature. 1986.- Vol.323. - P.763-772

77. Galambosi B. Rhodiola rosea L., from wild collection to field production // Medical plantconservation.- 2005. Vol.11.- P.31-35

78. Gamier E.,Vancaeyzeele S. Carbon and nitrogen content of congeneric annual and perennial grass species: relationships with growth // Plant, Cell and Environment. 1994. - Vol.17. -P.399-407

79. Grieve A. Modern Herbal. The Medicinal, Culinary, Cosmetic and Economic Properties, Cultivation and Folk-Lore of Herbs, Grasses, Fungi, Shrubs and Trees with their Modern Scientific Uses. N-Y., 1981. - 902 p.

80. Guralnick L.J., Ting I.P. Physiological changes in Portulacaria afra (L.) Jacq. during a summer drought and rewatering // Plant Physiology.- 1987. Vol.85. - P.481-486

81. Guralnick L.J., Jackson M.D. The occurrence and phylogenetics of Crassulaceae acid metabolism in the Portulacaria // International Journal of Plant Science. 2001. - Vol.162. -P.257-262

82. Hanscom Z.III., Ting I.P. Responses of succulents to plant water stress // Plant Physiology. -1978.-Vol.61. P.327-330

83. Hansen L.D., Hopkin M.S., Rank D.R., Anekonda T.S., Breidenbach R.W., Cridle R.S. The relation between plant growth and respiration: a thermodynamic model // Planta. 1994. -Vol.194. - P.77-85

84. Heide O.M. Photoperiodic control of dormancy in Sedum telephium and some other herbaceous perennial plants// Physiologia plantarum. 2001. - Vol.113. - P.332-337

85. Henk't Hart. Evolution and classification the European Sedum species (Crassulaceae) // Flora merditerranea. 1991.- Vol.1 - P.31-61

86. Nelson E.A, Sage T.L.,Sage R.F. Functional leaf anatomy of plants with crassulaceaen acid metabolism 11 Functional Plant Biology. 2005. -Vol.32.-P.409-419

87. Kluge М. Is Sedum acre L. a CAM? 11 Oecologia. 1977. - Vol.29. - P.77-83

88. Kondo A., Nose A., Ueno O. Leaf inner structure and immunological localization of some key enzymes involved in carbon metabolism in CAM plants // Journal of Experimental Botany. -1998. Vol.49. - P.1953-1961

89. Kondo A., Nose A., Yuasa H., Ueno O. Species variation in the interacellular localization of pyruvate, Pi dikinase in leaves of crassulacean-acid-metabolism plants: an immunogold electron-microscope study // Planta. 2000. - Vol.210. - P.611-621

90. Martin C.E., Higley M., Wang W. Ecophysiological significance of C02-recycling via Crassulaceae acid metabolism in Talinum calycinum Engelm. (Portulacaceae) // Plant Physiology. 1988. - Vol.88.- P.562-568.

91. Martin C.E., Zee A.K. Сз photosynthesis and Crassulacean acid metabolism in a Kansas rock outcrop succulent Talinum calycinum Engel. (Portulacaceae) // Plant Physiology. 1983. -Vol.29. - P.195-203

92. Martin C.E., Jackson J.L. Photosynthetic pathways in a Midwestern rock outcrop succulent,

93. Sedum nuttaUianum Raf. (Crassulaceae) 11 Photosynthesis Research. 1986. - Vol.8. - P.17-29

94. Maslova T.G., Popova I.A. Adaptive properties of the plant pigment systems // Photosynthetica. 1993. - Vol.29. - P.195-203

95. Maxwell K., von Caemmerre S., Evans J.R. Is a low internal conductance to C02 diffusion a consequence of succulents in plants with crassulacean acid metabolism? // Australian Journal of Plant Physiology. 1997. - Vol.24. - P.777-786

96. Maxwell K., Johnson G.N. Chlorophyll fluorescence a practical guide // Journal of Experimental Botany. - 2000. - Vol.51. - P.659-668

97. Merzlyak M.N., Chivkunova O.B. Light-stress-induced pigment changes and evidence for anthocyanin photoprotection in apples // Journal of Photochem Photobiol. 2000. - Vol. 55. -P.155-163

98. Moerman, D. Medical Romanticism and the Sources of Medical Practice // Complementary Therapies in Medicine. 1998. - Vol. 6. - P.198-202

99. Mort M.E., Soltis D.E., Soltis P.S., Francisco-Ortega J., Santos-Guerra A. Phylogenetic relationships and evolution of Crassulaceae inferred from matK sequence data // American journal of Botany. 2001. - Vol.88. - P.76-91

100. Mossberg, B.,0.f Stenberg, L., Ericsson. S. Den Nordiska floran. Wahlatrem-Widstrand, 1992. - 696 p.

101. Muller D., Kluge M. Immunological evidence for a Crassulacean acid metabolism phosphoenolpyruvate carboxylase in Sedum and Kalanchoe species // Physiologic Vegetate. -1983. Vol.85. - P.346-351

102. Nelson E.A., Sage T.L., Sage R.F. Functional leaf anatomy of plants with crassulaceaen acid metabolism // Functional Plant Biology. 2005.- Vol.32. - P.409-419

103. Osmond C.B. Crassulacean acid metabolism: a curiosity in context // Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 1978. - Vol. 29. - P.379-414

104. Osmond C.B., Bender M.M., Bum's R.H. Pathways of C02 fixation in the CAM plant Kalanchoe daigremontiana. III. Correlation With 513C Value During Growth and Water Stress // Australian Journal of Plant Physiology. 1976. - Vol.6. - P.787 - 799

105. Peters W., Beck E., Piepenbrock M., Lenz B., Schmitt J. M. Cytokinin as a negative effector of phosphoenolpyruvate carboxylase induction in Mesembryanthemum crystallinum // Plant Physiology. 1997. - Vol.151. - P.362-367

106. Pilon-Smits E.A.H., t'Hart H., van Brederode J. Evolutionary aspects of Crassulacean acid metabolism. In: Winter K, Smith JAC, eds. Crassulacean acid metabolism. Biochemistry, ecophysiology and evolution. Berlin.-Springer, 1996.- P.349-359

107. Poljakoff-Mayber A. Morphological and anatomical changes in plants as a response to salinity stress: In Plants in Saline Environment, Ecological /А. Poljakoff-Mayber Berlin-N-Y.: Springer-Verlag, 1975 - P.97-117

108. Рибкша Г.В. С.Г. Белова С.Г. I.I. Компажець. Хлоропласти ochobh'i сховища та запасш резервуари води в клштиш в умовах водного стресу // Украинский ботанический журнал. -1981. - Т.23. - №1. С.71-76

109. Rabas A.R., Martin С.Е. Movement of water old to young leaves in three species of succulents // Annals of Botany. 2003. - Vol. 92. - P.529-536

110. Taisma M.A., Herrera A. A relationship between fecundity, survival, and the operation of crassulacean acid metabolism in Tatinum triangulare 11 Canadian Journal of Botany. 1998. -Vol.76 - P.1908-1915

111. Thomas M., Beevers H. Physioloical studies on acid metabolism in green plants. II. Evidens of CO2 fixation in Bryophyllum and the study of diurnal variation of acidity in this genus // New Phytologist. 1949. - Vol.48. - P.421-447

112. Sendl A., Mulinacci N., Vincleri F.F., Wagner H. Anti-inflammatory and immunologically active polysacca rides of Sedum telephium 11 Phytochemistry. 1993. - Vol.34. - P.1357-1362

113. Shervin H.W., Farrant J.M. Protection mechanism against excess light in the resurrection plants craterostigma wilmsii and Xerothyta viscosa // Plant Growth Regulation. 1998. - Vol.24. -P.203-210

114. Shirley B.W. Flavonoid biosynthesis: new functions for old pathway // Trends in Plant Science. 1996. - Vol.1. P.377-382

115. Shuber M., Kluge M. In situ studies on crassulaceae acid metabolism in Sedum acre L. and Sedum mite Gil. 11 Oecologia. 1981. - Vol.50. - P.82-87

116. Singaas E.L., Ort D.R., DeLucia E.H. Variation in measured values of photosynthetic quantum yield in ecophysiological studies // Oecologia. 2001. - P.15-23

117. Spinger S.A., Outlaw W.H. Histochemical compartmentation of photosynthesis in the crassulacean acid metabolism plant Crassula falcata // Plant Physiology. 1988,- Vol.88.1. P.633-658.

118. Winter K. Effect of different C02 regimes on the induction of crassulacean acid metabolism in

119. Mesembryanthemum crystallinum // Australian Journal Plant Physiology.- 1979. Vol.6 -P.589-594.