Многопараметрический анализ структуры годичных колец в дендроэкологических исследованиях

Силкин, Павел Павлович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Многопараметрический анализ структуры годичных колец в дендроэкологических исследованиях
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Многопараметрический анализ структуры годичных колец в дендроэкологических исследованиях"

0034-77510

Силкин Павел Павлович

МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ГОДИЧНЫХ КОЛЕЦ В ДЕНДРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

03.00.02 - биофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

2 4 СЕН 22С9

Красноярск-2009

003477518

Работа выполнена в ФГОУ ВПО Сибирский Федеральный Университет

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор, академик РАН

Евгений Александрович Ваганов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Рэм Григорьевич Хлебопрос доктор биологических наук, профессор Алексей Дмитриевич Груздев доктор биологических наук, профессор Игорь Николаевич Павлов

Ведущая организация: Сибирский институт физиологии и биохимии

растений СО РАН

Защита состоится 6 октября 2009 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 003.007.01 при Институте биофизики СО РАН по адресу: 660036, Красноярск, Академгородок, д. 50, стр. 50.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биофизики СО РАН

Автореферат разослан «02.» СЛмтЯ&р Я 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

Л.А. Франк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В течение жизни древесного растения реализуются различные сочетания физических факторов окружающей среды, которые находят свой отпечаток в строении годичных колец. Годичные кольца сохраняют свою структуру и химический состав на протяжении всей жизни дерева, а также в течение долгого времени после его гибели. Всё это делает древесные растения уникальным объектом исследования процессов взаимодействия в системе «живой организм - окружающая среда», предоставляя исследователю богатый статистический материал проведённых самой природой тысячелетних экспериментов в масштабах всей планеты.

Извлечение полезной информации, содержащейся в структуре годичных колец, невозможно без понимания механизмов её «записи». В связи с этим, актуальным является изучение закономерностей формирования годичных колец древесных растений на клеточном, тканевом и организменном уровнях, что является основной целью данной диссертационной работы. Важным моментом в работе было создание и использование методов многопараметрического анализа структуры годичных колец на клеточном уровне, т.к. минимальным элементом годичного кольца, в рамках которого набор физических параметров обретает биологический смысл, является клетка. В качестве набора физических параметров выступают гистометрические, денситометрические характеристики структуры годичных колец и элементный состав клеточных стенок.

В силу того, что годичные кольца являются интеграторами влияния различных факторов среды обитания, актуальным является поиск независимых друг от друга параметров структуры годичных колец, отражающих различные физиологические процессы, идущие в дереве и, как следствие, отражающие влияние различных факторов внешней среды. Также актуальным является создание алгоритмов, методов и программного обеспечения, позволяющих осуществлять измерение и обработку больших массивов многопараметрических данных в приемлемые сроки, т.к., с одной стороны, необходимые методы отсутствуют или нуждаются в доработке, а с другой - применение существующего универсального программного обеспечения приводит к большим временным затратам. В случае изучения элементного состава клеточных стенок, то программное обеспечение по их обработке и построения на их основе хронологий просто отсутствует.

Основная цель работы - изучение закономерностей формирования годичных колец древесных растений на клеточном, тканевом и организменном уровнях, в ходе достижения которой решались следующие задачи:

1) Разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения для рентгенографического и гистометрического анализа годичных колец хвойных, а также их элементного состава, позволяющих с высокой эффективностью проводить измерение и обработку денситометрических, гистометрических и элементных данных.

2) Разработка метода измерения рентгенографической массы и плотности клеточных стенок трахеид хвойных.

3) Измерение массы и плотности клеточных стенок трахеид хвойных с помощью созданных методов, анализ связи рентгенографической плотности клеточной стенки с её толщиной.

4) Исследования влияния элементного состава клеточных стенок трахеид хвойных на их рентгенографические параметры в разных зонах годичного кольца.

5) Исследования связи концентраций элементов между собой и с параметрами клеточной структуры годичного кольца в различных условиях произрастания деревьев.

6) Анализ перспектив использования рентгенографической массы, плотности и элементного состава клеточных стенок трахеид хвойных в задачах дендрохронологии, дендроэкологии и дендроклиматологии.

Научная новизна. С помощью разработанных методов и программного обеспечения проведены измерения и многопараметрический анализ гистометрических, денситометрических характеристик клеточной структуры и данных элементного состава клеточных стенок годичных колец древесных растений четырёх видов хвойных из родов Picea, Abies, Pinus, Larix, произрастающих в различных климатических условиях. Экспериментально доказана и теоретически обоснована изменчивость рентгенографической плотности клеточной стенки в пределах годичного кольца, её связь с толщиной клеточной стенки и её элементным составом, а так же высокие рентгенографические плотности клеточных стенок в ранней древесине годичных колец лиственницы, сосны и ели. Впервые показано существование связи концентраций элементов в клеточных стенках, как между собой, так и со структурными параметрами годичных колец, наиболее явно выраженные для кальция, стронция и величины их отношения (Sr/Ca). Обнаруженные виды связей между гистометрическими, рентгенографическими данными и данными элементного состава наблюдаются для всех исследованных образцов древесных растений, что позволило сделать вывод об их универсальном характере и независимости от вида древесного растения и места его произрастания. Предложены новые характеристики структуры годичных колец на основе гистометрических, рентгенографических данных и данных элементного состава для их применения в задачах дендрохронологии, дендроклиматологии и дендроэкологии.

Практическое значение. Разработанные методы, алгоритмы и программное обеспечение позволяют проводить с высокой эффективностью измерение и обработку денситометрических и гистометрических показателей структуры годичных колец хвойных, а так же их элементного состава, что позволяет получать и использовать новые параметры годичных колец в задачах дендрохлиматологни и дендроэкологии. Также возможно применение

разработанных методов и новых клеточных характеристик в исследованиях закономерностей контроля дифференциации ксилемы годичных колец хвойных, процессов формирования клеточных стенок и биосинтеза их полимеров, имитационного моделирования роста годичных колец, динамики накопления биомассы клеточными стенками трахеид, формирования их элементного состава, химического загрязнения окружающей среды и его влияния на жизнедеятельность древесных растений, а так же многих других научных направлений, связанных с индикацией изменения внешней среды и изучающих фундаментальные закономерности роста и развития древесных растений.

Положения, выносимые на защиту.

1. Методы, алгоритмы и программное обеспечение для многопараметрического анализа структуры годичных колец древесных растений.

2. Экспериментально доказана и теоретически обоснована изменчивость рентгенографической плотности клеточной стенки в пределах годичного кольца, её связь с толщиной и элементным составом клеточной стенки, и высокая рентгенографическая плотность клеточной стенки в ранней древесине годичных колец хвойных.

3. Существует связь между концентрациями отдельных элементов и их связь со структурными параметрами годичных колец, независимые от вида и места произрастания древесного растения.

4. Новые характеристики структуры годичных колец на основе гистометрических, рентгенографических и элементных данных для их применения в задачах дендрохронологии, дендроклиматологии и дендроэкологии.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на семинарах дендроклиматологии и истории лесов, конференции молодых учёных Института леса им. В.Н. Сукачёва СО РАН (2002), III Международном симпозиуме «Строение, свойства и качество древесины - 2000» (Петрозаводск), Всероссийском Совещании «Реакция растений на глобальные и региональные изменения природной среды» (Иркутск, 2000), Всероссийском совещании «Дендрохронология: достижения и перспективы» (Красноярск, 2003), III и IV Конференции молодых ученых СО РАН, посвященной М.А. Лаврентьеву (Новосибирск 2003, 2004), Международной конференции «Future of Dendrochronology. Tree Rings and People» (Davos, Switzerland, 2001), Всероссийской научной конференции с международным участием «Новые методы в дендроэкологии» (Иркутск, 2007), Всероссийской конференции, посвящённой 50-летию Сибирского отделения РАН «Дендроэкология и лесоведение» (Красноярск, 2007), Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (Иркутск, 2008), Международном симпозиуме «Растительные волокна: взгляд фундаментальной биологии» (Казань, 2009), Международной научной

конференции «Проблемы современной дендрологии (посвященная 100-летию со дня рождения член-корреспондента АН СССР П.И. Лапина)» (Москва, 2009). Разработанные в рамках данной работы методы и программное обеспечение используются в лабораториях ИЛ СО РАН, ИФБиБТ СФУ, НОЦ «Енисей» СФУ, Лаборатории функционирования лесных экосистем ИФБиБТ СФУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 27 работ (12 статей в рецензируемых журналах).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и основных выводов, списка литературы, приложения. Общий объем составляет 506 страниц, из них приложение занимает 175 страниц. Список литературы включает 171 наименование, в том числе 95 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Показатели структуры годичных колец древесных растений и их использование в дендроэкологии.

В главе дан обзор физических факторов внешней среды, которые оказывают влияние на рост и формирование годичных колец деревьев. Все внешние факторы разделены на две группы. В первую группу включены те физические факторы, которые, как правило, связаны с катастрофическими событиями разного масштаба, происходящими вокруг дерева и непосредственно влияющие на ксилему годичных колец. К ней можно отнести температурное воздействие, вызванное пожарами (Арбатская, 1997), прямое механическое воздействие, вызванное оползнями, камнепадами и проч. (Schweingruber, 1996), радиационное воздействие в результате аварий на объектах атомной промышленности (Козубов, 1994; Мусаев, 1993, 1996). Вторую группу физических факторов объединяет их косвенное, опосредованное влияние на формирование годичных колец деревьев через физиологические процессы в нём, интенсивность которых определяется степенью воздействия этих факторов. К ней можно отнести целый комплекс постоянно и переменно действующих факторов в течение вегетационного периода, влияющих на фотосинтетические процессы, баланс гормонов роста, ассимилятов и других питательных веществ, которые определяют динамику ростовых процессов дерева и формирование его органов и структуры годичных колец (Philipson, 1971; Kozlowski, 1997; Savidge, 1996). В первую очередь, это физико-географические факторы места произрастания древесных растений (рельеф, высота над уровнем моря, режим инсоляции), почвенные факторы (содержание минеральных веществ, состав, температурный и гидрологический режим почвы) и погодные факторы (температурный режим воздуха и внутрисезонное распределение влаги) (Антанайтис, 1981; Битвинскас, 1974; Ваганов, 1985, 2000; Ефремов, 1987; Лобжанидзе, 1961; Ловелиус, 1979; Поздняков 1986; Рассел, 1955; Шиятов, 1986; Fritts, 1976; Larson, 1994;

Schweingruber, 1988,1996; Spieker 1987, 1991; Schulze, 1995; Tranquillini, 1979).

Рассмотрены основные измеряемые параметры годичных колец деревьев и их индикационные возможности по отношению к физическим факторам внешней среды. Изменение строения годичных колец хвойных под внешним воздействием позволяет использовать годичные кольца деревьев в качестве косвенных индикаторов изменения климата и условий среды в природных экосистемах на длительных временных интервалах. Развитие новых физических методов и аппаратуры даёт возможность использовать в этом качестве не только ширину годичного кольца, но и его гистометрические параметры, позволяющие получать более полную информацию об изменениях условий роста в течение вегетационного периода (Ваганов, 1985, 1996, 1990, 1992, 1996, 2000; Высоцкая, 1985; Schweingruber, 1993; Vysotskaya, 1989; Wilpert, 1990, 1991). Кроме гистометрических параметров годичных колец широкое применение на практике получил рентгенографический метод, в основе которого лежит денситометрия с использованием негативных изображений образцов древесины, полученных в рентгеновском диапазоне длин волн, на рентгеновских плёнках (Polge, 1966; Schweingruber, 1988). В результате применения методов рентгеновской денситометрии было показано, что изменение плотности древесины внутри годичных колец часто является лучшим индикатором условий среды, чем ширина годичного кольца (Polge, Keller, 1969; Polge, 1978; Schweingruber, 1979,1980; Rothlisberger, 1980).

Интересная область открывается в исследовании влияния факторов внешней среды на рост древесных растений в связи с погодичной динамикой изменения концентрации химических элементов в годичных кольцах. Современные физические методы позволяют с помощью характеристического излучения атомов древесных колец получать профили концентрации элементов в годичных кольцах с точностью в десятки и сотни микрон (Золотарёв, 2004). Показано наличие связи между динамикой изменения содержания хлора в древесине и среднегодового уровня осадков в месте произрастания деревьев (Goldberg, 2007). Серия работ российских исследователей посвящена оценке возможности использования элементного состава годичных колец хвойных для индикации загрязнения окружающей среды, тепловым режимом вегетационного периода и его влагообеспеченностью (Адаменко, 1985; Адаменко, 1982, 1985; Четвериков, 1982, 1983, 1986; Хантемиров, 1991, 1996; Hantemirov, 1992). Показано, например, что наблюдается хорошая согласованность кривых элементного состава с ходом интегральной суммы температур воздуха. Исследование химического состава годичных колец сосны обыкновенной в зоне промышленного загрязнения выявило влияние на распределение элементов как протекания физиологических процессов в древесном растении, так и уровня загрязнения среды в год формирования данного годичного кольца. Предложен метод стандартизации данных о содержании меди в годичных кольцах сосны обыкновенной, который позволяет исключить влияние подвижных форм элемента и индивидуальных различий деревьев. Существует большой объём работ, посвященный связи элементного состава годичных колец деревьев с уровнем загрязнения окружающей среды,

авторы которых исходят из предположения, что химический состав годичных колец отражает только изменение состояния окружающей среды. Так, проводились исследования химического состава годичных колец вблизи медеи цинкоплавильных заводов (Аржанова, 1987; Агр, 1988; Guyette, 1987; Robitaille, 1981; Symeonides, 1979), исследовались связи элементного состава годичных колец с загрязнением окружающей среды автомобильным транспортом вблизи дорог (Baes, 1981; Karandinos, 1985; Kardell, 1978; Rolfe, 1974; Ward, 1974; Wickern, 1983), изучался химический состав годичных колец вдали от источников загрязнения (Baes, 1984; Berish, 1985; Bondietti, 1989; Hall, 1986; Meisch, 1986). Вместе с тем, практически отсутствуют работы, в которых бы изучался вопрос связи параметров клеточной структуры годичных колец с их элементным составом. Кроме того, до сих пор существуют две противоположные точки зрения на возможность использования элементного состава годичных колец в решении задач биоиндикации.

Среди основных нерешённых вопросов рентгеновской денситометрии можно выделить влияние химического состава древесины на результат денситометрических измерений. Рентгенографические методы измерения плотности древесины основаны на взаимодействии рентгеновских фотонов с атомами вещества клеточных стенок годичных колец, поэтому их химический состав должен оказывать влияние на результаты денситометрических измерений. Существуют отдельные работы, в которых указывается на это влияние в пределах 2% (Fletcher, 1970; Pernestal, 1991; Kouris, 1981). Также в рентгеновской денситометрии применяется единый корректирующий коэффициент для данной породы дерева, несмотря на то, что существует различие в концентрации химических элементов не только между деревьями, но и в одном образце (Jonsson, 1990), что может привести к погрешности денситометрических результатов. Далее, вариации плотности древесины обычно объясняются вариацией гистометрических параметров годичного кольца, подразумевая при этом, что плотность клеточной стенки является величиной постоянной. Это не совсем корректно, т.к. говоря о плотности древесины, обычно подразумевают плотность, измеренную методами рентгеновской денситометрии, т.е. плотность рентгенографическую, которая, в отличие от гравиметрической, должна зависеть от химического состава годичных колец. Проведённые автором предварительные оценки рентгенографической плотности клеточных стенок в годичных кольцах лиственницы и сосны на небольшом статистическом материале показали, что рентгенографическая плотность клеточных стенок имеет нелинейную отрицательную связь с толщиной клеточной стенки и достигает величин в ранней древесине, сравнимых с плотностью лёгких металлов (Silkin, 2001), несмотря на то, что плотности химических компонентов, слагающих клеточную стенку, незначительно варьируют в пределах породы (Stamm, 1966; Kellogg, 1969). Анализ полученных результатов показал, что невозможно правильно восстановить профиль рентгенографической плотности годичного кольца по результатам гистометрических измерений, считая плотность клеточных стенок одинаковой во всех зонах годичного кольца. На несоответствие между

измеренной плотностью годичного кольца в поздней древесине и её рассчитанным значением по гистометрическим данным обратили внимание и другие исследователи (Park, 1993), отнёсшие этот эффект на счёт погрешности измерения и н ере гуля рностей строения древесины.

С плотностью клеточной стенки тесно связан вопрос об измерении массы клеточных стенок. Некоторые исследователи считают, что масса клеточных стенок или их объём биологически более адекватно отражают изменения условий роста (Антонова, 1986, 1990; Park, 1990; Jageis, 1990; Antonova, 1997). Проведённые косвенные измерения массы клеточных стенок годичных колец лиственницы с использованием денситометрических данных и радиальных размеров клеток и дальнейший дендроклиматический анализ полученных величин показал, что масса клеточных стенок трахеид лиственницы может быть перспективным показателем для использования в задачах де н дрок л и мат о ло ги и и дендроэкологии (Силкин, 1999, 2000; Silkin. 2003). Массу клеточных стенок можно рассчитать, используя гистометрические показатели клетки и плотность клеточной стенки. Вместе с тем остаётся открытым вопрос, какую именно плотность клеточной стенки следует использовать при косвенном измерении массы клеточных стенок, т.к. её величина, измеренная разными способами, варьирует в широких пределах от 1000 Mr/cMJ до 2000 мг/см3 и более (Антонова, 1990; Haygreen, 1989; Silkin, 2001), а в последнем случае она ещё и связана с толщиной клеточной стенки.

Глава 2. Основные методы и приборы для измерения структуры годичных колец.

В качестве измерителя плотности годичных колец использован денситометр DENDRO-2003 производства швейцарской фирмы Watesch Electronic (рис. I).

Рис.1. Денситометр DENDRO-2003 и его оптическая схема.

Для измерения плотносгных характеристик годичных колец с высоким разрешением используют явление поглощения рентгеновского излучения

веществом. Интенсивность рентгеновского излучения, проходящего через вещество, зависит от плотности этого вещества, и пройденного в нём пути. Общая схема измерений сводится к получению изображения на фотопластинке (фотопленке) образцов древесины в рентгеновском диапазоне длин волн с последующим измерением интенсивности проходящего света через выбранный участок изображения годичного кольца и дальнейшим пересчетом уровня светового потока в реальную плотность. Свет (1) от стабилизир о ванного источника (рис.1) проходит через рентгеновскую фотоплёнку (2) и через систему линз и зеркал (3) попадает на матовый экран (4), имеющий возможность вращения, в центре которого находится фотосенсор (5). Компьютер, сопряжённый с денситометром, по измеренному уровню светового потока, падающего на фотосенсор, производит вычисление плотности. Шаг сканирования фотоплёнки составляет 3 мкм, ширина фотосенсора - 10 мкм. В работе обычно используется пятидесяти кратное увеличение.

Приведено описание основных этапов, связанных с приготовлением образцов для денситометрии и получения их изображения в рентгеновском диапазоне длин волн. Это удаление смол и других экстрактивных веществ из образцов, сильно поглощающих рентгеновское излучен не, приготовление образцов в виде плоскопаралдельных, тонких {1,14 мм.) пластинок с дальнейшим их экспонированием в рентгеновских лучах с энергией квантов 810 кэв перед рентгеновской фотоплёнкой. В результате, после проявки фотоплёнки получается негативное изображение годичных колец (рис.2).

- :-'!■■ ■■:;г-

Рис.2. Участок рентгеновской фотоплёнки с изображением образцов и калибровочного клина.

Рис.3. Проекция точек пути фотосенсора на радиальное

направление в годичном кольце.

Стандартное программное обеспечение ОЕ№Ж02003 представляет результаты денситометрических измерений в виде пиковых и средних значений профиля плотности годичных колец, а также данные профиля плотности вдоль пути движения фотосенсора, который может иметь криволинейный вид. Между

тем, необходимо иметь данные профиля плотности годичных колец вдоль радиального направления в дереве (перпендикулярное к границе годичных колен). С этой целью были выведены формулы (О и (2) для расчёта координат точек проекции (хр;у[) пути движения фотосенсора на радиальное направление по измеренным координатам (д;,;^) точек пути (рис. 3):

X? = *( см2 Кдей) + «шг ) * О', - >'(,) 5т(а,1ка) ), (1)

у? =уа^г(ас^д) + у^т1(асред) + (х1-х())зт(а!:ред)с0$(ас1!ед), (2) где асред • средний угол поворота нормали фотосенсора в пределах годичного кольца (радианы), - координаты первой точки годичного

кольца.

Значение плотности точки присваивается точке {х1р;у!').

Алгоритм коррекции профиля плотности реализован в виде компьютерной программы «0еп<3го2003» автором данной работы.

Для измерения гистометрических параметров годичных колец использовался микроскоп Ахюккор 20 (Карл Цейс), оснащённый видеокамерой. Видеосигнал, сформированный видеокамерой, поступает на вход специализированной видеокарты, где оцифровывается и передаётся на шину данных компьютера (рис.4). В работе использовался объектив Р1ап-НЕОРЬ 11АК х40, Размер точки изображения составляет 0,26x0,27 мкм.

Измерения геометрических размеров трахеид осуществлялись для тех же годичных колец, для которых проводились измерения плотности. Микротомные препараты (срезы толщиной 25-30 мкм) приготавливались по стандартной методике, окрашивались сафранином или метиленовым синим и затем заключались в глицерин между предметными и покровными стеклами. Стандартное программное обеспечение измерительного комплекса (КЭЗОО) использовалось только для получения изображений отдельных участков годичного кольца.

Видеосигнал

Видеокамера

I I г

Микроскоп

Рис.4. Структурная схема комплекса получения и обработки изображений микроскопических объектов (Image-System).

Разработанная автором

программа «ЗирегМотеШ» в автоматическом режиме за доли секунды совмещает их в единое изображение годичного кольца и сохраняет на жёстком диске в виде стандартного графического файла (*.]ре§ иди *.Ьтр). Для проведения измерений гистометрических параметров годичных колец была разработана специализированная программа «Ьшеука», имеющая ручной и Рис.5. Измеряемые полуавтоматический режим

гистометрические параметры. измерения. В полуавтоматическом

режиме измерения оператор задаёт траекторию сканирования изображения и уровень яркости, определяющий принадлежность точки изображения к люмену или клеточной стенке. Далее программа без участия оператора рассчитывает размеры люмена и толщину двойной клеточной стенки, выделяя их цветными линиями на изображении клетки, что позволяет оператору проводить контроль. Измеряемые гнетом етрические параметры показаны на рис.5. Это радиальный размер клетки О и люмена Ь, тангентальный размер клетки Т, толщина одинарной \¥ и двойной клеточной стенки. В целом, разработка специализированного

программного обеспечения позволило резко сократить время создания изображений годичных колец и измерение их клеточной структуры, чего нельзя было бы достичь, используя стандартное программное обеспечение.

Проводились оценки необходимого числа измерений рядов клеток для получения статистически обеспеченных средних гистометрических параметров. Показано, что достаточно провести измерение клеточных параметров для числа рядов не менее пяти в каждом годичном кольце, а в случае тан ген тал ьно го размера необходимо измерить этот параметр у 100-120 рядов один раз для всего образца.

Исследование элементного состава годичных колец проводилось на станции рентгено-флуоресцентного анализа РФА-СИ (СИ - синхротронное излучение) Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. В качестве источника синхротронного излучения применяется ускоритель элементарных частиц ВЭПП-3.

На рисунке 6А дана принципиальная схема станции. Пучок синхротронного излучения от ускорителя поступает на кристалл-монохроматор, где из него вырезается монохроматичный пучок рентгеновского излучения, который будет возбуждать характеристическое излучение атомов исследуемого образца древесины. Энергия квантов пучка устанавливается заведомо выше, чем максимальная энергия излучения исследуемых элементов. Далее, пучок через систему коллиматоров попадает на щель, где из него

№

формируется узкий пучок излучения. Ширина пучка в данной работе устанавливалась равной 200 мкм. Полученный таким образом пучок: попадает на образец древесины, возбуждая характеристическое излучение элементов. Характеристическое излучение элементов улавливается полупроводниковым энергодисперсионным детектором (Oxford Instrument), охлаждаемым жидким азотом для уменьшения собственных шумов и увеличения чувствительности.

В качестве держателя образцов выступает вытянутая прямоугольная дюралюминиевая рамка (рис. 6Б), имеющая периодически расположенные отверстия вдоль края длинных сторон и позволяющая закрепить образец с максимальными размерами 2x20 см. Держатель образцов ориентируется вертикально и может перемещаться в этом направлении с помощью механической системы. Шаг сканирования задаётся программно и, как правило, равен ширине пучка.

Пучок

Кристалл-монокроматор

Детектор

Образец

Поперечное сечение пучка возбуждающего реьггсековско1"о излучения

Рис.6. Принципиальная схема модуля измерения элементного состава станции РФА-СИ. А - вид сверху. Б - пучок СИ и образец древесины. В -одновременное возбуждение флуоресценции от нескольких годичных шлец.

На установке РФА-СИ щель установлена жёстко и положение её в процессе сканирования образца не изменяется, что при наличии кривизны

границы годичных колец может привести к одновременному возбуждению флуоресцентного излучения от разных зон кольца или от нескольких колец, (рис. 6В). В связи с этим, следует отбирать образцы для проведения исследований методом РФА так, чтобы границы годичных колец по возможности были параллельны щели.

Подготовка образцов древесины для элементного анализа сводится к получению прямоугольных кусочков равной толщины с помощью двухдисковой пилы, которую применяют при подготовке образцов для денситометрических измерений.

Результатом сканирования и предварительной обработки флуоресцентных сигналов является набор параметров, включающих в себя расстояние точки сканирования от начала образца в сантиметрах, интенсивности сигналов для каждого исследованного элемента в этой точке, а так же интенсивность когерентного и некогерентного излучения. Калибровка измеренных интенсивностей флуоресценции проводилась по методу фундаментальных параметров (Афонин, 1991; Ревенко, 1994) специалистом станции РФА-СИ А.Д.Шапоренко.

Глава 3. Измерение массы и плотности клеточных стенок трахеид хвойных.

Корректность процедур обработки клеточных параметров определяет точность метода измерения массы и плотности клеточных стенок. К настоящему времени наиболее проработанной является только процедура стандартизации клеточных размеров (Ваганов и др. 1985; Ваганов и др. 1996). Для ускорения процедуры измерения клеточных параметров и повышения точности обычно измеряется толщина двойной клеточной стенки. Далее толщина одинарной клеточной стенки вычисляется по формуле

РГ = А(Ж2 +РГ23), где и '№2з - толщина двойной клеточной стенки одной 4

клетки с левой и правой стороны люмена. Данный подход приводит к большим погрешностям XV в переходной зоне и на границах годичного кольца. Особенно сильно этот эффект наблюдается в годичных кольцах лиственницы. Теоретический анализ данных прямых измерений толщины одинарной и двойной клеточной стенки одних и тех же клеток позволил создать алгоритм расчета V/, согласно которому, для диапазона толщины двойной клеточной

023 ,с

стенки, удовлетворяющего неравенству —=->1,5, следует использовать

щ2

¿тг+ггз)

выражение -г-, а в остальных случаях - выражение

к )

Другая проблема связана с сопоставлением параметров годичных колец

образцов, находящихся в разных физических средах. Так, денситометрические измерения проводятся для образцов, находящихся в воздушно-сухом состоянии, а ги сто метрические измерения проводятся для срезов, заключённых в глицериновую среду, что делает невозможным совместное использование этих данных. В работе проводились гистометрические измерения одних и тех же срезов, находящихся в глицериновой среде и в воздушно-сухом состоянии. Анализ результатов измерений показал наличие хорошо выраженной положительной линейной связи между ними. Полученные в результате проведённого регрессионного анализа коэффициенты линейных уравнений можно использовать при пересчёте клеточных размеров образцов, находящихся в глицериновой среде к клеточным размерам воздушно-сухого состояния.

Как правило, измерение площади клетки и клеточной стенки проводят косвенным путём, напрямую измеряя линейные клеточные размеры и в дальнейшем рассчитывая площади по известным формулам. При этом полагается, что форма поперечного сечения клеток является прямоугольной. Дня оценки вносимой погрешности прямоугольной моделью поперечного сечения клетки в косвенное измерение площадей проводились прямые измерения (объектив хЮО, иммерсия) клеточных линейных размеров клеток (П.Т,1^), площади поперечного сечения клетки 5с и клеточной стенки а также периметра клетки Р, По линейным клеточным размерам были вычислены площади поперечного сечения клетки $есаи = ОТ и клеточкой стенки = Ж(0 + Г-2№'). Показано, что связь между вычисленными площадями и измеренными имеет чётко выраженный, линейный характер. Вычисленные значения площадей клетки и клеточной стенки получаются систематически завышенными на 7-8% по сравнению с прямыми измерениями.

Плотность

D, начала кольца Рис.7. Профиль плотности и радиальный ряд клеток. Индекс округлости для лиственницы составляет 0,722, а для сосны

Профиль плотности

0,767, что очень близко к индексу квадрата (0,785). Таким образом, для расчёта площадей поперечного сечения клетки и клеточной стенки можно пользоваться прямоугольной моделью формы клетки с использованием линейных уравнений коррекции.

Ключевым моментом метода косвенного измерения массы и плотности клеточных стенок является расчёт средней плотности клетки, т.к. именно на этом этапе совмещаются денситометрические и гистометрические данные (рис.7). Производится расчёт средней плотности Р"и участка профиля плотности А-Б, имеющего длину, равную радиальному размеру клеточной

стенки D,, умноженному на корректирующий коэффициент Ктш = TRWdens t

TRWceu

т.к. ширина годичного кольца (TRW), полученная из клеточных и денситометрических данных может немного различаться. Профиль плотности имеет дискретный характер с нефиксированным шагом около 3 мкм (рис.8). В случае, когда граница отрезка А-Б попадает между точек профиля, строится прямая (1 или 2), проходящая через эти точки. Зная уравнение прямой, вычисляется величина плотности на границе А-Б.

Рис.8. Точки дискретного профиля плотности.

Средняя плотность клетки вычисляется согласно выражению

/>.«'' _ —М—---, где Р-е" - средняя плотность ¡-ой трахеиды, Ру -

измеренная денситометром плотность годичного кольца для ¡-ой клетки в >ой точке отрезка А-Б, АХ] - расстояние между точками ] и ]+1, N - количество точек профиля плотности, попадающих в отрезок А-Б.

Удельная масса и плотность клеточной стенки рассчитывается согласно

выражениям М = и Ри,=-£-Рс, где М- удельная масса клетки, -

площадь поперечного сечения клетки и клеточной стенки, Рс, Р„ - плотность клетки и клеточной стенки.

Рис.9. Общая схема расчёта массы и плотности клеточных стенок.

Все процедуры обработки гистометрических данных и алгоритм расчёта массы и плотности клеточных стенок оформлены в виде компьютерных программ «ProcessorKR» и «SpektrMP» для операционной системы Windows. Как и все программы, созданные в данной работе, они написаны на языке

программирования Delphi, имеют удобный графический интерфейс и позволяют оперативно изменять параметры расчётов и проводить предварительный анализ рассчитанных величин. На рисунках 9 и 10 представлена общая схема расчёта массы и плотности клеточных стенок.

Глава 4. Физические основы изменчивости массы и плотности клеточных стенок трахеид хвойных.

Расчёты рентгенографической массы и плотности клеточных стенок осуществлялись с помощью разработанного метода и алгоритмов для годичных колец лиственницы и сосны, произрастающих в зоне средней тайги Средней Сибири (дендрохронологическая станция BUG, 61° 51' с.ш., 94° 19' в.д.).

Рис.10. Общая схема расчёта массы и плотности клеточных стенок.

Проводился теоретический анализ возможного распределения плотности в оболочках клетки. Показано, что невозможно адекватно объяснить экспериментальные данные без введения зависимости плотности Р] слоя Ь| от

1г

в виде Р] (Ю = —- + Ь, где п1 равен 1,2 для лиственницы и 1,4 для сосны. цт 1

Плотность Ь2- константа или изменяется незначительно вблизи слоя Ц. Тогда выражение связи р<ю=—+—+в выводится аналитически (Ь,М,В - константы).

¡у" IV

На рисунке 11 показан результат работы в графическом виде модуля «нелинейное оценивание» программы 81айзйса-6.0 по оцениванию констант

выражения и показателя степени п.

Лиственница Сосна

у=((2153,75)/(х»2,2))+((463,755)/х)+(1123,97) у=((1748,96)/(ХА2,4))+((425,395)Л<)+(1191,19)

2800 2600 2400 "3 2200 ■Ь 2000 1800 Б 1600

§ 1400 | 1200 ^ 1000 800 600

1 23456789 10 ~~0,6 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 Толщина клеточной стенки, мкм. Толщина клеточной стенки, мкм.

Рис.11. Связь рентгенографической плотности клеточной стенки с толщиной клеточной стенки.

Благодаря наличию функциональной связи между коэффициентами Ь, М, В и к, Ь была получена связь плотности слоя 1,1 с ЧУ в явном виде. Анализ поведения функции Р\(\У) показал, что плотность внешнего слоя в модели достигает величины 3500 мг/см3 в ранней древесине и стремится к величине 1600-1700 мг/см3 в поздней. Плотность внутренней оболочки Ь2 находится в пределах 1200-1300 мг/см3.

Проводились теоретические оценки влияния основных химических компонентов клеточных стенок на результаты рентгеновской денситометрии. Это целлюлоза (СбНюС^), лигнин (С57Н60О10), пектат кальция (Сз2Н36028Са2) и пектат кальция без атомов кальция (С32Н38О28). Массовые коэффициенты поглощения углерода, водорода, кислорода и кальция были определены по справочнику (Блохин, Швейцер, 1982) для длины волны рентгеновской трубки, соответствующей максимальной интенсивности излучения. Далее рассчитывались линейные и массовые коэффициенты ослабления компонентов

к ! к клеточной стенки по формулам ц = У п,М1и цт , а также

м и ми

степень ослабления рентгеновского излучения, проходящего через вещество

толщиной 1 мм с плотностью 1,4 г/см3 согласно выражению = е-1"'*. Анализ

'о

работы денситометра ВЕМЖО-2003 позволил теоретически вывести и экспериментально подтвердить связь между измеряемой денситометром плотностью образца и степенью ослабления рентгеновского излучения,

Рис.12. Модель строения клеточной стенки.

проходящего через данный образец в виде формулы /> = -0,41п — . Благодаря

последнему выражению, были теоретически получены рентгенографические плотности компонентов клеточной стенки. Анализ результатов расчёта представлен в таблице 1. Видно, что наличие пектата кальция в клеточной оболочке приводит к высоким рентгенографическим плотностям. Пектат кальция концентрируется в сложной срединной пластинке, что соответствует внешней оболочке 1.1 (рис.12). Таким образом, когда толщина клеточной стенки мала и приближается к толщине Ьь появляются высокие значения плотностей клеточных стенок. С увеличением W и, следовательно, слоя Ьг, всё большую роль начинают играть целлюлоза и лигнин оболочки Ь2 и плотность клеточной стенки снижается.

Табл.1. Рентгенографические плотности химических компонентов клеточной стенки.

Вещество Лигнин Целлюлоза Пектат кальция Пектат кальция без кальция

Плотность г/см3 0,95 1,37 3,2-3,6 1,3

Проводился анализ влияния единого корректирующего коэффициента денситометра ВЕ№ЖС)-2003 для каждой древесной породы на результат денситометрических измерений. Показано, что применение единого корректирующего коэффициента в условиях влияния химического состава клеточных стенок на результат измерений приводит к систематическому завышению измеренных значений плотности в ранней древесине (в пределе до 60%) и занижению в зоне поздней древесины для годичных колец лиственницы и сосны (до 15%). Данный эффект также приводит к завышению рентгенографической массы клеточных стенок в ранней древесине и занижению в поздней древесине по сравнению с гравиметрической массой клетки, рассчитанной как произведение площади поперечного сечения клетки и гравиметрической плотности клеточной стенки, равной 1,5 г/см3.

Проводились гистометрические и рентгенографические исследования годичных колец хвойных разных пород из контрастных мест обитания с помощью методов и программного обеспечения, разработанных в рамках данной диссертационной работы. Образец лиственницы № был взят в районе города Норильск. Образцы древесины ели Ве, в количестве трёх, были взяты в Томской области вблизи деревни Халдеево. Образцы лиственницы в КНА_ЬаБ1 и ели КНА_РЮЬ (пять деревьев каждой породы) были взяты в районе реки Хантайка с близко расположенных участков. Анализ результатов исследования показал, что вид связи рентгенографической плотности клеточной стенки с её толщиной остаётся инвариантным относительно породы дерева и места его произрастания. Наиболее значащим является почти полное совпадение вида связи и абсолютных значений параметров в годичных кольцах у ели и

лиственницы, произрастающих в достаточно контрастных климатических условиях - в Томской области и вблизи г. Норильска (рис. 13).

3500 3000 "§2500 ■

' У 2000 ■ 2

^*1500

1000 ■

500 ■ о

Рис. 13. Связь рентгенографической плотности клеточной стенки с её толщиной в годичных кольцах лиственницы (№), произрастающей вблизи г. Норильск и ели (Ве), произрастающей в Томской области.

Для всех образцов наблюдается расхождение только в диапазонах изменения толщины клеточной стенки и её рентгенографической плотности, что связано как с видоспецифическими особенностями строения ксилемы годичных колец разных пород деревьев, так и разными условиями мест произрастания. Например, диапазон изменения толщины клеточных стенок годичных колец ели в Томской области выше, чем в годичных кольцах ели, произрастающей в районе р. Хантайка, что связано с лучшими условиями обитания в Томской области. При этом диапазон изменения рентгенографической плотности клеточной стенки остаётся примерно одинаковым.

Глава 5. Взаимосвязи показателей структуры годичных колец и примеры их использования в дендроэкологии.

Предложен новый параметр годичных колец - индекс рентгенографической плотности клеточной стенки (1рщ), отражающий изменение концентрации элементов с высоким коэффициентом ослабления рентгеновского излучения, который рассчитывается по формуле

7^=-к-, где - экспериментальная рентгенографическая плотность

клеточной стенки, Р„ са1с (IV) - рентгенографическая плотность клеточной стенки, рассчитанная по толщине клеточной стенки (глава 4).

Предложен новый способ индексации клеточных параметров, выделяющий связь между ними (рис.14), которая не зависит от условий начала сезона роста.

Индексация проводится по формуле 1Р1=-—, где 1Р! - индекс параметра Р1

"иЛ

для ¡-ой клетки, РтЯ - среднее значение параметра Р в текущем годичном кольце. Хорошо выраженный вид связи (рис.14) после применения индексации

может свидетельствовать о значительном генетическом контроле дифференцировки ксилемы годичного кольца. Независимо от абсолютных средних размеров клеток текущего вегетационного периода всегда реализуется однотипная программа, задающая характерные относительные размеры для каждой зоны годичного кольца, которые, возможно отражают их оптимальные относительные размеры, необходимые для выполнения специализированных функций каждой зоны годичного кольца (водопроводимость и механическая прочность).

Лиственница А Лиственница Б

-——...............2,2 г-

01--- 0,2'......—----

О 10 20 30 <0 50 60 70 80 0,0 0,2 0,4 0.6 0,8 1.0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4

О, мкм О, индекс

Рис.14. Связь толщины клеточной стенки W с радиальным размером клетки О до индексации (А) и после (Б) на примере годичных колец лиственницы. Подобная связь наблюдается и для годичных колец сосны.

На основании предложенного способа индексации создана новая методика разделения клеточных данных по зонам годичного кольца (рис.15). В отличие от существующих способов разделения, данная методика позволяет более точно идентифицировать принадлежность клетки к зоне годичного кольца. Посредством предложенной методики разделения клеточных данных по зонам годичного кольца, были построены столетние хронологии всех измеренных в данной работе клеточных параметров (Б, Бс, 8\у,Рс> М, Р\у, 1рш) для каждой

зоны годичного кольца. Бс, Б\у - площадь поперечного сечения клетки и клеточной стенки, Рс, Р\у - плотность клетки и клеточной стенки, М, - масса и индекс рентгенографической плотности клеточной стенки.

Для обнаружения общих скрытых факторов, проводился факторный анализ всей совокупности клеточных данных. Анализ результатов свидетельствует о том, что клеточные данные могут быть разложены по трём независимым факторам. Третий фактор имеет высокую связь с (0,8), второй фактор - с Буу (0,9) и М (0,84). С первым фактором

0,0 0,4 0,8 1,2 0,2 0,6 1,0 1.4 О, индекс

Ранняя древесина

Рис.15. Разделение клеточных данных по зонам годичного кольца.

связаны все остальные клеточные параметры.

Исследовались основные свойства хронологий Sw, М и IPW. Показано, что Ipw не зависит от радиального размера клетки D в ранней и переходной зоне годичных колец. В поздней древесине наблюдается уменьшение IpW с уменьшением D, ярко выраженное для годичных колец сосны и в меньшей степени для лиственницы. Sw и М имеют связь с D. Эта связь резко выделяется при проведении индексации этих параметров в пределах годичного кольца по предложенному в данной работе методу. Это свидетельствует о том, что величины масс клеток в кольце не являются случайными и накопление фитомассы клетками прямо либо косвенно находится под генетическим контролем механизмов, обеспечивающих функционирование ксилемы годичных колец.

Ipw не зависит от толщины клеточной стенки W, вместе с тем можно наблюдать, что дисперсия Ipw увеличивается с уменьшением W. Это может быть следствием того, что элементы, сильно поглощающие рентгеновское излучение, концентрируются во внешней оболочке клеточной стенки и отсутствуют во внутреннем слое. В этом случае внутренняя оболочка будет нивелировать дисперсию рентгенографической плотности внешней оболочки при увеличении W, т.к. вклад в Pw клеточной стенки внутренней оболочкой при больших W становится определяющим. Таким образом, связь дисперсии Ipw с W является дополнительным аргументом в пользу предложенного объяснения связи Pw(W), данного в четвёртой главе.

Средние по всем образцам хронологии Ipw в разных зонах кольца изменяются синхронно и имеют тесную связь между собой как в годичных кольцах лиственницы, так и сосны. Всё это исключает возможность интерпретировать Ipw как параметр, имеющий случайную природу вследствие погрешностей измерения рентгенографической плотности клеточной стенки и указывает на наличие какого-то общего внешнего фактора или группы факторов, влияние которых на физиологические процессы в дереве отражается в изменчивости Ipw. Между хронологиями Ipw лиственницы и сосны отсутствует корреляционная связь, что может указывать или на разную природу внешних факторов, или на разную природу Ipw у лиственницы и сосны, либо на то и другое. Все хронологии Sw и М высоко коррелированны между собой независимо от того, относятся они к одной породе деревьев или рассматриваются связи Sw и М между лиственницей и сосной.

Ipw, в отличие от других клеточных параметров годичных колец, не зависит от энергии роста дерева (ширина годичного кольца). Разность между Ipw ранней и поздней древесины также не зависит от ширины годичного кольца, в отличие от гравиметрической и рентгенографической массы клеточных стенок. Наблюдается увеличение значений Sw и М при росте ширины годичного кольца (TRW) до его некоторого критического значения (приблизительно 0,5 мм), после чего увеличение Sw и М прекращается совсем, либо продолжает слабо расти. Обнаружена связь между разностью масс клеточных стенок в ранней и поздней древесине и шириной годичного кольца. С увеличением TRW разница масс уменьшается, а после TRW=0,5mm -

стабилизируется.

Для оценки влияния климатических факторов на формирование клеточной стенки проводился стандартный дендроклиматический анализ хронологий М, Показано, что динамика температурного режима вегетационного периода находит своё отражение в хронологиях 1рш лиственницы и сосны. Для 1рш всех зон кольца лиственницы чётко прослеживается связь с температурой начала августа, в то время как только 1р\у переходной зоны годичных колец сосны имеет положительную значимую корреляционную связь с температурой начала июня, хотя можно заметить, что положительные незначимые коэффициенты корреляции всех зон колец сосны группируются в начале вегетационного периода. Таким образом, реакция 1ру/ лиственницы и сосны на температурный режим проявляется по-разному, что может свидетельствовать или о различии физиологической реакции на температуру лиственницы и сосны, или на различную природу самих параметров 1р\у. Хронологии и М имеют тесную положительную связь с температурным режимом вегетационного периода. Эта связь усиливается с увеличением широты места произрастания деревьев.

Исследовалось влияние поражающих факторов Тунгусского взрыва на формирование структуры годичных колец лиственницы и ели, произрастающих в эпицентре взрыва и переживших это событие. Обнаружено, что 1р\¥ лиственницы активно реагирует на шоковое состояние деревьев, вызванное Тунгусским феноменом. Реакция 1р\у наблюдается и в после катастрофные годы, несмотря на нормальное развитие структуры годичных колец, что может свидетельствовать о том, что 1р\у отражает динамику внутренних физиологических процессов древесных растений. Наблюдается резкое снижение массы клеток в годичных кольцах, сформированных в год Тунгусской катастрофы. В последующие годы наблюдается восстановление величины масс клеток до нормального уровня, несмотря на депрессию прироста ширины годичного кольца.

Изучалась возможность восстановления профиля плотности годичных колец только по гистометрическим данным. Показано, что необходимо учитывать связь рентгенографической плотности клеточной стенки с её толщиной. Использование постоянного значения плотности клеточной стенки возможно при условии применения его к выделенным зонам годичного кольца, как, например, в случае восстановления максимальной плотности годичного кольца по гистометрическим данным. Вместе с тем, при восстановлении профиля плотности годичных колец по гистометрическим данным, в хронологиях теряется часть информации об изменениях внешней среды, заключённых в индексе рентгенографической плотности клеточной стенки, что необходимо учитывать при сравнении денситометрических хронологий, полученных прямым измерением, с восстановленными по структуре годичных колец.

Глава 6. Исследование элементного состава годичных колец.

Результаты измерений элементного состава годичных колец представляют

собой наборы числовых данных интенсивности флуоресцентного, когерентного и некогерентного излучений, без какого-либо разделения их по годичным кольцам, что вызывает затруднение для их дальнейшей обработки и использования. Разработан метод разделения элементных данных по годичным кольцам с чёткой привязкой каждой точки измерения относительно внутренних координат годичного кольца. В качестве маркера границ годичных колец используются данные когерентного и некогерентного излучений, интенсивность которых пропорциональна плотности древесины. Координаты точек внутри годичного кольца рассчитываются по данным шага сканирования образца.

При исследовании элементного состава вещества методами РФА, как правило, используются гомогенные образцы. В случае сильной неоднородности объекта исследования, его гомогенизируют и из полученного порошка прессуют таблетки одинаковой плотности, элементный состав которых затем исследуют. Годичные кольца имеют неоднородное строение с высокими вариациями плотности, которые влияют на результаты РФА.

Вся масса трахеиды и химические элементы сосредоточены в веществе клеточной стенки, в связи с чем, исследовался вопрос о влиянии распределения элементов внутри клеточной стенки на результаты измерения их концентрации методами РФА. Разработан метод коррекции данных РФА, предусматривающий два варианта распределения элементов. Первый вариант предусматривает равномерное распределение исследуемых элементов в клеточной стенке, согласно второму варианту элементы концентрируются в сложной срединной пластинке. Получены математические выражения коррекции первичных данных РФА годичных колец древесины хвойных для обоих случаев. Если элементы распределены равномерно в пределах клеточной стенке, данные РФА следует нормировать на плотность древесины в точке измерения или на интенсивность когерентного (некогерентного) излучения от этого участка. В этом случае получаются данные удельных концентраций элементов в клеточной стенке. Если исследуемые элементы концентрируются в сложной срединной пластинке, для нормировки используется выражение ОТ

/,.,,„,,, = /,--г-, где Б и Т - радиальный и тангентальный размер

нот, . +21¥1(0 + Т) ^ У

клетки, - толщина сложной срединной пластинки, 1| и 1мош; ~ интенсивности исходного и нормированного флуоресцентного сигнала. В этом случае получаются данные удельных концентраций элементов в сложной срединной пластинке. Применение того или иного выражения для нормирования данных РФА зависит от распределения исследуемых элементов в клеточной стенке и задачи исследования. Не исключено, что элементы могут концентрироваться в оболочках клеточных стенок по-разному. Точный ответ на этот вопрос могут дать исследования с помощью методов элементного анализа электронной микроскопии с пространственным разрешением на уровне оболочек клеточной стенки.

Разработан метод сопоставления данных многопараметрических измерений клеточной структуры годичных колец, имеющих разный

пространственный масштаб, для изучения связи между ними. Согласно предложенному методу, клеточные параметры более высокого разрешения усредняются в пределах разрешающей способности метода с низким пространственным разрешением. Наиболее низкой разрешающей способностью обладает станция элементного анализа РФА-СИ, шаг сканирования которой составляет 200 мкм. Участок таких размеров может захватить от четырёх до двадцати клеток, в зависимости от породы дерева и зоны годичного кольца.

В процессе измерения элементного состава станцией РФА-СИ, ширина пучка возбуждающего синхротронного излучения остаётся постоянной на фоне высокой вариабельности ширины годичных колец, следствием чего является разное число точек данных в пределах каждого годичного кольца. Это приводит к тому, что невозможно корректно проводить сравнительный анализ динамики изменения элементного состава как в пределах одного дерева, так и для группы деревьев. В работе обоснован метод стандартизации числа точек данных элементного состава внутри годичных колец по типу стандартизации числа клеток (глава 3). Возможность применения метода стандартизации для элементных данных является следствием применения этого метода для клеточных данных.

Согласно описанным выше методам были разработаны алгоритмы обработки элементных данных, которые реализованы в виде компьютерной программы «ConvElementINF» автором данной диссертационной работы на языке «Delphi» для операционной системы «Windows». Программа «ConvElementINF» включает в себя модуль разделения элементных данных по годичным кольцам с последующей их датировкой с помощью хронологии ширины годичного кольца, модули сопоставления элементных, гистометрических и рентгенографических данных, стандартизации числа точек элементных данных в годичных кольцах, а так же модуль построения погодичных хронологий элементного состава для любой точки внутри кольца. Нормирование элементных данных может быть осуществлено в любом модуле программы по желанию оператора.

В работе исследовался химический элементный состав в диапазоне Cl-Sr у разных древесных пород, произрастающих в разных климатических зонах. Массовые измерения по группе деревьев были сделаны для двух пород хвойных - ели (Be) и пихты (Hp), произрастающие в Томской области. Также были проведены измерения элементного состава для образцов лиственницы, произрастающей вблизи г. Норильска (Nr), в эпицентре Тунгусского взрыва (ТМ) и сосны из центральной части Республики Саха (Yak). Сканирование образцов на станции РФА-СИ проводилось для последних 20 годичных колец деревьев, которые, как правило, относятся к зоне ствола дерева (заболонь), транспортирующей воду, т.е. активно участвующей в росте и развитии древесного растения. Исследование распределения концентраций элементов в ядровой древесине - отдельная задача, т.к. эта область ствола не участвует в активном текущем метаболизме дерева. Кроме того, существует изменение элементного состава годичных колец при переходе от заболонной древесины к ядровой (Hantemirov, 1992; Хантемиров, 1996; Baes, 1984; Momoshima, 1990),

что так же требует отдельного изучения.

По результатам сканирования указанного диапазона можно выделить три группы химических элементов. Первая группа элементов встречается во всех точках сканирования образцов. Это элементы К, Са, Mn, Fe, Cu, Zn, Rb, Sr. Крайне редко содержание Rb в точке сканирования ниже чувствительности оборудования. Концентрации элементов второй группы не всегда детектируются. Это элементы С1, Se, Ti, V, Ni, As, Br, Кг. У пихты томской области (Hp), сосны из Якутии (Yak) и лиственницы Норильска (Nr) встречается элемент Ga, отсутствующий у образцов других пород и мест произрастания. У лиственницы из эпицентра падения Тунгусского метеорита (ТМ) отмечен хром. Третья группа элементов не определяется в образцах древесины оборудованием станции РФА-СИ. Это элементы Сг, Со, Ge, Se. Интенсивности флуоресценции химических элементов достаточно сильно варьируют. Минимальные и максимальные величины интенсивности могут отличаться на порядки в одних и тех же образцах. Во всех образцах древесины наименьшей вариабельностью отличается аргон (5%-16%). Самые высокие значения относительного среднеквадратического отклонения наблюдаются для галлия в образцах Yak (189%), Nr (659%), и для железа в образцах Yak (142%) и ТМ (422%). В среднем по всем элементам для всех исследованных образцов, величина относительного среднеквадратического отклонения лежит в пределах 80%. Для кальция она колеблется в пределах 18-90%.

Структура распределения концентраций элементов в образцах древесины по порядку величины совпадает с литературными данными. Вместе с тем, наблюдаются серьёзные различия в распределении относительных концентраций элементов для исследованных образцов. Так, например, концентрация калия колеблется в пределах от 14% до 178% относительно концентрации кальция, хлора - от 18% до 157% и т.д.

Исследовались общие закономерности связей между концентрациями химических элементов в годичных кольцах образцов методами многомерного статистического анализа с помощью статистического пакета программ Statistica-6. Анализ результатов кластерного, факторного и корреляционного анализа показал наличие устойчивых кластеров одних и тех же химических элементов, вид связи внутри которых инвариантен относительно породы и места произрастания дерева. Это комбинации Coherent+InCoherent+Sr/Ca (иногда +Rb/K), Ca+Mn+Sr, K+Rb, As+Kr. Интенсивности когерентного и некогерентного излучений имеют линейный вид связи между собой и высокий коэффициент корреляции 0,99-1.

Обнаружено, что отношение Sr/Ca также имеет линейный вид связи с интенсивностью когерентного и некогерентного излучения (рис.16) с коэффициентом корреляции, в среднем по участкам равным 0,77, достигая в максимуме 0,86 для образца лиственницы Nr. Следствием линейной связи Sr/Ca с Coherent (и Incoherent) является то, что изменение величины Sr/Ca чётко описывает профиль интенсивности Coherent, а, следовательно, и профиль плотности годичного кольца (рис.16). В некоторых случаях подобное поведение характерно и для отношения Rb/K, вместе с тем, часто нарушаемое на разных

участках одного и того же образца.

излучения (Coherent) в годичных кольцах ели. Подобная картина наблюдается для всех исследованных образцов.

Элементы Са, Мп и Sr имеют высокие значимые коэффициенты корреляции между собой (максимально до 0,88). Кластерный и факторный анализы также объединяют эти элементы в одну группу, потенциально находящуюся под влиянием общего фактора. Изменение концентрации кальция и стронция находятся в противофазе друг другу в пределах годичного кольца (рис. 17). Концентрация Са максимальна в ранней древесине и уменьшается к зоне поздней древесины. Концентрация стронция минимальна в ранней древесине и увеличивается в зоне поздней. Вместе с тем, общий тренд изменения этих элементов одинаков в пределах каждого образца, что приводит к высоким положительным коэффициентам корреляции между ними. Концентрация Са изменяется в противофазе к изменению интенсивности когерентного излучения, изменение концентрации Sr происходит синфазно ему (рис. 17).

-2 ..........................................................................г...................

1 4 7 10 13 18 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94

Номер точки в образце

Рис.17. Графики изменения интенсивностей когерентного излучения (Coherent), концентрации кальция (Са) и стронция (Sr) в годичных кольцах ели.

Распределение концентрации марганца в пределах годичного кольца не проявляет такой однозначности как Са и Sr, но изменение тренда концентрации

Мп так же совпадает с Са и Бг, что, в свою очередь, приводит к высоким коэффициентам корреляции с ними. Причиной общности тренда концентраций Са и Бг и их изменения в противофазе друг к другу может быть вхождение в состав одного из полимеров клеточной стенки, в котором они взаимно «вытесняют» или «дополняют» друг друга, в зависимости от условий их связывания и в силу их химического сродства. Наиболее вероятно, такими полимерами являются пектиновые вещества, неметилированные карбоксильные группы которых связываются между собой ионами Са2+ таким образом, что образуется структура, имеющая название «ячейки для яиц» (Горшкова, 2007). Кроме того, отмечено, что похожие структуры могут образовываться и с другими двухвалентными катионами, такими как , Бг2"1", Ва2+. Марганец, судя по тренду, также прямо или косвенно связан с пектиновыми веществами или процессами образования их комплексов с ионами кальция и стронция. Распределение концентраций Шэ и К и их связь с интенсивностью когерентного излучения напоминает распределение для Бг и Са, но, в отличие от них, не так ярко выражено и периодически нарушается на разных участках образцов. Калий и рубидий тоже имеют химическое сродство друг другу, что может послужить основой для объяснения связи их концентраций в древесине. Интересным является совпадение трендов изменения концентрации мышьяка и криптона в годичных кольцах хвойных, независимо от породы древесного растения и места его обитания. Первый из них является сильным ядом для живых организмов, а второй - инертным к биохимическим процессам. Можно предположить совпадение их трендов наличием общего для них механизма переноса по проводящим путям дерева.

Рис.18. Связь рентгенографической плотности клеточной стенки (Р\у) и удельной концентрации кальция (Са) с толщиной клеточной стенки

С помощью разработанного метода и программного обеспечения проведён анализ связи рентгенографических, гистометрических и элементных данных в годичных кольцах хвойных. Отмечено совпадение профилей интенсивности когерентного и некогерентного излучения с рентгенографическим профилем плотности годичных колец. Таким образом, при исследовании элементного состава годичных колец отпадает необходимость в дополнительных денситометрических измерениях. Показана связь рентгенографической

плотности клеточной стенки с её толщиной и удельной концентрацией кальция в ней (рис. 18), что является экспериментальным подтверждением влияния концентрации кальция на величину рентгенографической плотности клеточной стенки.

Не нашла подтверждения связь индекса рентгенографической плотности клеточной стенки (1р\у) с элементным составом клеточной стенки. Проводились теоретические оценки влияния элементного состава клеточной стенки на степень поглощения рентгеновского излучения как с использованием экспериментальных данных по элементному составу, полученных в рамках данной работы, так и с использованием литературных данных. Анализ результатов расчёта линейных коэффициентов поглощения показал, что элементы, тяжелее кальция, не оказывают существенного влияния на рентгенографические параметры клеточных стенок. Напротив, элементы, легче кальция, могут составить ему конкуренцию в поглощении рентгеновского излучения. В соответствии с данными теоретических оценок, сделано предположение, что величина индекса рентгенографической плотности клеточной стенки определяется содержанием элементов, концентрации которых не были измерены. Предположительно, это кремний и фосфор. Кремний является инкрустирующим элементом клеточных стенок, увеличивающий их механическую прочность, а фосфор играет важную роль в жизнедеятельности растений, поэтому их концентрация в клеточных стенках может быть связана с гистометрическими и рентгенографическими характеристиками.

С помощью программы «СопуЕктегЛЮТ» были построены хронологии изменения концентраций элементов в ранней и поздней древесине годичных колец ели и пихты, произрастающие в Томской области. Обнаружено, что в разных деревьях одной породы, произрастающих на одном участке, наиболее синхронно изменяются концентрации кальция и стронция. Также согласованно изменяются концентрации таких элементов, как К, Мл, Бе, Си, Шэ. Синхронности изменения концентраций других элементов не отмечено. Хронологии элементного состава поздней древесины более согласованы между собой, чем хронологии элементного состава ранней древесины. Усреднённые хронологии элементов К, Са, Мп, Бе, Си, 2п, ЯЬ, Бг, рассчитанные для каждого элемента по индивидуальным хронологиям отдельных деревьев показывают хорошую согласованность между собой. В большей степени это относится к зоне поздней древесины. Связь между средними хронологиями ранней и поздней древесины наблюдается для лёгких элементов, до кальция включительно. Связь между средними хронологиями элементов, тяжелее кальция, отсутствует. Отсутствует связь хронологий элементного состава с хронологией по ширине годичных колец.

ВЫВОДЫ

1) Созданы методы, алгоритмы и программное обеспечение для проведения измерений, обработки и анализа гистометрических, рентгенографических характеристик годичных колец хвойных и их элементного состава.

2) Экспериментально доказано наличие высокой рентгенографической плотности клеточной стенки в ранней древесине годичных колец лиственницы и сосны, сравнимой с плотностью алюминия. Доказан факт изменчивости рентгенографической плотности клеточной стенки в пределах годичного кольца и её отрицательная нелинейная связь с толщиной клеточной стенки, которая носит универсальный характер и не зависит от породы древесного растения и места его обитания.

3) Теоретический анализ экспериментальных данных показал, что рентгенографическая плотность сложной срединной пластинки (Рь) зависит от общей толщины клеточной стенки Уравнение связи вида

= —~ + позволяет адекватно описать экспериментальные данные IV

на основе гетерогенного строения клеточной стенки.

4) Теоретические оценки влияния химического состава оболочек клеточной стенки на эффективность поглощения рентгеновского излучения показали, что пектиновые вещества, связывающие ионы кальция (пектат кальция), приводят к высоким рентгенографическим плотностям клеточных стенок. Элементы, по массе тяжелее кальция, не оказывают существенного влияния на рентгенографические параметры клеточных стенок.

5) Доказано, что изменчивость рентгенографической плотности клеточной стенки в годичном кольце и существующий метод калибровки денситометра ВЕМЖО-2003 приводит к завышению рентгенографической массы и плотности клеток в ранней древесине, и их занижению в поздней древесине относительно их гравиметрических значений. Вместе с тем, средние рентгенографические показатели годичного кольца не будут иметь больших расхождений с их средними гравиметрическими значениями.

6) Предложен новый метод индексации клеточных параметров в годичных кольцах, позволяющий анализировать связи между ними и идентифицирующий принадлежность клетки к той или иной зоне годичного кольца. Впервые удалось показать наличие чётко выраженных связей между клеточными параметрами, независимых от общей климатической характеристики вегетационного периода.

7) Объединение гистометрических и рентгенографических характеристик годичных колец позволило предложить новые параметры структуры годичных колец древесных растений: рентгенографическую массу и индекс рентгенографической плотности клеточной стенки (1р\у) для использования их в задачах дендроэкологии и дендроклиматологии.

8) Показано, что хронологии массы и индекса рентгенографической плотности клеточных стенок связаны с изменением условий внешней среды и отражают воздействие фактора или группы факторов, отличных от тех, которые являются определяющими для остальных клеточных параметров годичных колец. Это указывает на перспективность их применения в задачах дендроэкологии и дендроклиматологии.

9) Обнаружены три группы элементов, наличие связей между которыми не зависит от вида древесного растения и места его произрастания. Это группы Ca+Sr+Mn, K+Rb, As+Kr. Связь между элементами в первых двух группах чётко проявлена в пределах годичного кольца и обусловлена их химическим сродством. Связь As и Кг обусловлена общностью изменения их трендов концентраций.

10) Обнаружена линейная положительная связь отношения концентрации Sr/Ca с плотностью годичного кольца. Профиль распределения Sr/Ca и профиль плотности годичного кольца практически совпадают. Данная связь носит универсальный характер и не зависит от вида древесного растения и места его произрастания. Менее выраженный характер связи с профилем плотности обнаруживает и отношение Rb/K.

11) Показано наличие связи удельных концентраций элементов с гистометрическими и рентгенографическими характеристиками клеток и клеточных стенок. Характер связи концентрации Са с толщиной клеточной стенки (W) и её рентгенографической плотностью (Pw) позволяет сделать вывод о вкладе концентрации Са в формирование величины Pw. Результаты теоретических оценок влияния элементного состава на поглощение рентгеновского излучения показали, что величину Ipw могут определять элементы, по массе легче хлора, концентрации которых не были измерены в рамках данной работы.

12) Показано наличие синхронных изменений концентраций элементов в зонах годичных колец разных деревьев одной породы, произрастающих на одном участке при слабой связи хронологий элементов между зонами годичных колец. Синхронные изменения концентраций элементов указывают на наличие общего для них синхронизирующего внешнего фактора или группы факторов, что говорит о перспективности использования элементного состава в задачах дендроэкологии и дендроклиматологии.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Ваганов Е.А., Кирдянов А.В., Силкин П.П. Значение раннелетней температуры и сроков схода снежного покрова для роста деревьев в субарктической зоне Сибири // Лесоведение.-1999.-Н6.-С.З-14.

2. Силкин П.П., Кирдянов А.В. Масса клеточных стенок трахеид ранней и поздней древесины в годичных кольцах лиственницы // Лесоведение.-1999.-N6.-C.55-59.

3. Vaganov Е.А., Hughes М.К., Kirdyanov A.Y., Schweingruber F.H., Silkin P.P. Influence of snowfall and melt timing on tree growth in subarctic Eurasia // Nature.-1999.-Vol.400, # 6740.-P.149-151.

4. Kirdyanov A.V., Silkin P.P. Cell and density structure of tree-rings of different conifers as an indicator of different climatic parameter changes // GeoLines.-2000,-Vol.11.-P.127-129.

5. Kirdyanov A.V., Hughes M.K., Vaganov E.A., Schweingruber F.H., Silkin P.P. The importance of early summer temperature and date of snow melt for tree growth in Siberian Subarctic // Trees.-2003.-VoU7.-P.61-69.

6. Silkin P.P., Kirdyanov A.V. The relationship between variability of cell wall mass of earlywood and latewood tracheids in larch tree-rings, the rate of tree-ring growth and climatic changes // Holzforschung.-2003.-Vol.57.-P.l-7.

7. Vaganov E.A, Hughes M.K., Silkin P.P., Nesvetailo V.D. The Tunguska event in 1908: Evidence from tree-ring anatomy // Astrobiology.-2004.-V.4.-N3.-P.391-399.

8. Силкин П.П., Кирдянов A.B., Круглов В.Б., Кнорре А.А. Коррекция измерений толщины клеточной стенки в переходной зоне годичных колец лиственницы // Вестник КГУ.-2005.-№5.-С. 85-88.

9. Кирдянов А.В., Силкин П.П., Кнорре А.А., Круглов В.Б. Региональные особенности климатической реакции радиального прироста лиственницы на севере средней Сибири и на Урале // Вестник КГУ.-2005.-№5.-С. 79-84.

10. Кнорре А.А., Кирдянов А.В., Круглов В.Б. Силкин П.П. Использование измерений радиального прироста для оценки годичной продукции древостоев // Вестник КГУ.-2005.-№5.-С. 74-78.

П.Зуев В.В., Бондаренко СЛ., Зуева Н.Е., Силкин П.П., Шашкин А.В., Золотарёв К.В., Шапоренко А.В. Комплексные исследования значимых откликов в годичных кольцах хвойных деревьев на воздействие солнечной УФ-В-радиации //Оптика атмосферы и океана, 20, № 5,2007, С.43 8-442.

12. Екимова Н.В. Числа хромосом и кариотипы некоторых видов семейства Pofygonaceae / Н.В. Екимова, Ю.А. Хроленко, Е.Н. Муратова, П.П. Силкин // Бот. журн. - 2009. - Т. 94. - №. 2. - С. 148-153.

13. Кузьмин С.Р. Плотность устьиц хвои сосны обыкновенной в географических культурах Приангарья / С.Р. Кузьмин, Е.А. Ваганов, Н.А. Кузьмина, Л.И. Милютин, П.П. Силкин // Лесоведение. -2009.-№2.-С.35-40.

14.Силкин П.П., Кирдянов А.В. Влияние климатических факторов на накопление массы клеточными стенками трахеид в годичных кольцах лиственницы // Материалы III Международного симпозиума «Строение, свойства и качество древесины - 2000» в Петрозаводске.-2000.-С.89-92.

15.Silkin P.P., Nesvetailo V.D., Vaganov E.A., Hughes M.K. The Tunguska event in 1908: Evidence from tree-ring anatomy // International Conference on the Future of Dendrochronology "Tree Rings and People". Davos, Switzerland.-2001.-P.202-203.

16.Силкин П.П. Влияние тунгусского события 1908 года на структуру годичных колец деревьев // Материалы конференции молодых ученых КНЦ СО РАН в Красноярске: ИВМ СО РАН.-2002.-С.43.

17.Силкин П.П. Измерение массы и плотности клеточных стенок трахеид хвойных // Материалы Всероссийского совещания «Дендрохронология: достижения и перспективы» в Красноярске.-2003.-С.30-31.

18.Силкин П.П. Метод измерения массы и плотности клеточных стенок трахеид хвойных. Оценка работоспособности метода // Материалы III Конференции

молодых ученых СО РАН, посвященной М.А. Лаврентьеву в Новосибирске.-

2003.-С.129-133.

19.Силкин П.П. Влияние химического состава и толщины клеточной стенки на её рентгенографическую плотность II Материалы IV Конференции молодых ученых СО РАН, посвященной М.А. Лаврентьеву в Новосибирске.-2004.-С.122-124.

20.Силкин П.П. Метод измерения массы и плотности клеточных стенок трахеид хвойных. Оценка работоспособности метода // Сборник научных статей, посвященный памяти академика РАН В.Е.Зуева «Современные достижения в исследованиях окружающей среды и экологии». Томск. - 2004.-С.241-246.

21.Екимова Н.В. Кариотип абрикоса сибирского Armeniaca sibirica (L.) Lam. (Rosaceae) / H.B. Екимова, E.H. Муратова, П.П. Силкин II Turczaninovia. -

2004. -№3.~ С. 96-100.

22. Силкин П.П., Ваганов.Е.А. Корреляция основных дендрохронологических параметров годичных колец с колебанием общего содержания озона в стратосфере // Биоиндикация стратосферного озона / под общей ред. В.В. Зуева; Рос. Акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т оптики атмосферы [и др.] -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. - 228 с. - (Интеграционные проекты СО РАН; вып. 10).

23.Силкин П.П. Связь хронологий клеточных параметров годичных колец хвойных с колебанием общего содержания озона в стратосфере // Биоиндикация стратосферного озона / под общей ред. В.В. Зуева; Рос. Акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т оптики атмосферы [и др.] - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2006. - 228 с. - (Интеграционные проекты СО РАН; вып.Ю).

24. Кирдянов A.B., Силкин П.П., Кнорре A.A., Шишов В.В., Панюшкина И.П., Ваганов Е.А. 2007. Преимущества и перспективы многопараметрического подхода в дендроэкологии. Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием «Новые методы в дендроэкологии», Иркутск, 10-13сентября, с. 34-35.

25.Силкин П.П., Шапоренко А.Д., Кирдянов A.B., Брешко И.В. Связь содержания кальция с плотностью годичных колец древесины ели сибирской в Западной Сибири. Материалы Всероссийской конференции, посвящённой 50-летию Сибирского отделения РАН «Дендроэкология и лесоведение», Красноярск, 2-4 октября 2007, С.132-134.

26. Силкин П.П., Шапоренко А.Д. Екимова Н.В. Связь концентрации кальция с характеристиками структуры годичных колец древесины ели и лиственницы / Информационные и математические технологии в науке и управлении. Труды XIII Байкальской Всероссийской конф. Часть II. Иркутск, 2008. - С. 66-71.

27. Силкин П.П. Анализ микроструктуры и химического состава годичных колец в дендрологических исследованиях / П.П. Силкин // Проблемы современной дендрологии: м-лы. междунар. конф. поев. 100-летию со дня рождения член-корр. АН СССР П.И. Лапина. - М. - 2009. - С. 648-653.

Силкин Павел Павлович

Многопараметрический анализ структуры годичных колец в дендроэкологических исследованиях

Автореф. дисс. на соискание ученой степени доктора биологических наук Подписано в печать 30.07.09. Заказ 2/421 Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1,98. Тираж 150 экз. Отпечатано в типографии ИПК СФУ 660074, Красноярск, ул. Кирекского, 28

Содержание диссертации, доктора биологических наук, Силкин, Павел Павлович

ВВЕДЕНИЕ.

Гл. 1 ПОКАЗАТЕЛИ СТРУКТУРЫ ГОДИЧНЫХ КОЛЕЦ ДРЕВЕСНЫХ

РАСТЕНИЙ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ДЕНДРОЭКОЛОГИИ.

1.1 Влияние физических факторов среды на формирование годичных колец древесных растений.

1.2 Гистометрические, физические и химические показатели годичных колец как косвенные индикаторы изменения климата и внешней среды.

1.3 Нерешённые вопросы рентгенографии древесных образцов.

1.4 Постановка цели и задач исследования

Гл.2 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРЫ И ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ГОДИЧНЫХ КОЛЕЦ.

2.1 Денситометрия годичных колец.

2.1.1 Приготовление образцов для денситометрических измерений.

2.1.2 Аппаратно-программное обеспечение денситометрических измерений. Денситометр DENDRO

2.1.3 Построение профиля плотности годичных колец.

2.2 Измерение клеточной структуры годичных колец.

2.2.1 Приготовление микротомных препаратов.

2.2.2 Аппаратно-программное обеспечение измерения клеточных структур. САИ.

2.2.3 Методика измерения клеточных структур.

2.2.4 Оценка необходимого количества измерений рядов клеток.

2.3 Измерение элементного состава годичных колец.

2.3.1 Аппаратное обеспечение измерения элементного состава годичных колец. Станция РФА-СИ.

2.3.2 Приготовление образцов древесины для измерения элементного состава годичных колец.

3.3.3 Структура выходных данных станции РФА-СИ.

2.3 Выводы по главе.

Гл.З ИЗМЕРЕНИЕ МАССЫ И ПЛОТНОСТИ КЛЕТОЧНЫХ СТЕНОК

ТРАХЕИД ХВОЙНЫХ

3.1 Методы обработки клеточных измерений.

3.1.1 Толщина клеточной стенки и радиальный размер клетки.

3.1.2 Преобразование клеточных размеров клеток для срезов древесины, находящихся в разных средах.

3.1.3 Стандартизация числа клеток в годичных кольцах.

3.1.4 Вычисление площади поперечного сечения клетки и клеточной стенки.

3.2 Метод измерения массы и плотности клеточных стенок трахеид хвойных

3.2.1 Расчёт средней плотности трахеиды.

3.2.2 Расчёт удельной массы и плотности клеточной стенки.

3.2.3 Оценка погрешности метода.

3.3 Выводы по главе.

Гл.4 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ МАССЫ И

ПЛОТНОСТИ КЛЕТОЧНЫХ СТЕНОК ТРАХЕИД ХВОЙНЫХ.

4.1 Материалы.

4.2 Плотность клеточной стенки.

4.2.1 Средние значения плотности клеточных стенок в годичных кольцах лиственницы и сосны.

4.2.2 Анализ причин высоких плотностей клеточных стенок.

4.2.3 Вывод аналитического уравнения связи плотности клеточной стенки с её толщиной.

4.2.4 Взаимодействие основных компонентов клеточной стенки древесины хвойных с рентгеновским излучением.

4.3 Специфика работы денситометра DENDRO

4.4 Масса клеточных стенок.

4.4.1 Средние значения массы клеточных стенок в годичных кольцах лиственницы и сосны.

4.4.2 Связь рентгенографической массы клетки с гравиметрической массой.

4.5 Универсальный характер связи рентгенографической плотности клеточной стенки с её толщиной.

4.6 Выводы по главе.

Гл.5 ВЗАИМОСВЯЗИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТРУКТУРЫ ГОДИЧНЫХ КОЛЕЦ И ПРИМЕРЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В

ДЕНДРОЭКОЛОГИИ.

5.1 Связь клеточных параметров в клетке.

5.1.1 Индекс рентгенографической плотности клеточной стенки.

5.1.2 Индексация параметров клеток как способ выделения связи между ними. Связь клеточных параметров с радиальным размером клетки

5.1.3 Кластерный и факторный анализ параметров клеток годичных колец хвойных.

5.2 Основные свойства клеточных хронологий.

5.2.1 Методика разделения клеток по зонам годичного кольца и построение хронологий клеточных параметров для каждой зоны годичного кольца.

5.2.2 Свойства хронологий площади поперечного сечения клеточной стенки Sw.

5.2.3 Свойства хронологий рентгенографической массы клеточной стенки М.

5.2.4 Свойства хронологий индекса рентгенографической плотности клеточной стенки Ipw.

5.2.5 Связь между хронологиями Sw, М и Ipw.

5.3 Связь клеточных параметров Sw, М и Ipw с энергией роста дерева

5.3.1 Связь клеточных параметров с шириной годичного кольца.

5.3.2 Различие клеточных параметров ранней и поздней древесины в зависимости от ширины годичного кольца.

5.4 Практическое применение данных Sw, М и Ipw.

5.4.1 Влияние температуры и осадков на формирование клеточных стенок.

5.4.2 Анатомические и денситометрические особенности годичных колец лиственницы в районе падения Тунгусского метеорита.

5.4.3 Восстановление денситометрических данных по гистометрическим измерениям.

5.5 Выводы по главе.

Гл.6 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ГОДИЧНЫХ

КОЛЕЦ.

6.1 Методы и программное обеспечение обработки данных элементного состава годичных колец.

6.1.1 Датировка данных элементного состава годичных колец.

6.1.2 Коррекция данных измерений элементного состава годичных колец

6.1.3 Метод сопоставления гистометрических, рентгенографических данных и данных элементного состава годичных колец.

6.1А Стандартизация числа точек данных измерений элементного состава в годичных кольцах.

6.1.5 Программное обеспечение обработки данных по элементному составу годичных колец.

6.2 Закономерности распределения и взаимосвязи концентраций элементов в годичных кольцах хвойных.

6.2.1 Материалы исследования.

6.2.2 Относительные концентрации химических элементов в годичных кольцах разных древесных пород.

Кластерный, корреляционный и факторный анализ связей концентраций химических элементов в годичных кольцах.

6.2.4 Особенности распределения концентраций некоторых химических элементов в годичных кольцах хвойных пород.

6.3 Связь элементного состава с параметрами клеточной структуры в годичных кольцах хвойных.

6.3.1 Объединённые гистометрические, рентгенографические и элементные данные в годичных кольцах.

6.3.2 Распределение концентраций элементов в пределах годичного кольца.

6.3.3 Связь содержания элементов с гистометрическими параметрами годичных колец.

6.3.4 Связь содержания элементов с рентгенографическими параметрами годичных колец.

6.3.5 Теоретическая оценка влияния элементного состава годичных колец на результаты рентгенографической денситометрии.

6.4 Свойства хронологий элементного состава годичных колец хвойных.

6.4.1 Связь индивидуальных хронологий удельных концентраций элементов клеточных стенок годичных колец в древостое.

6.4.2 Связь средних хронологий удельных концентраций элементов клеточных стенок в ранней и поздней древесине.

6.4.3 Связь средних хронологий удельных концентраций элементов клеточных стенок ранней и поздней древесины между породами хвойных.

6.5 Выводы по главе.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Многопараметрический анализ структуры годичных колец в дендроэкологических исследованиях"

В течение жизни древесного растения реализуются различные сочетания физических факторов окружающей среды, которые находят свой отпечаток в строении годичных колец. Годичные кольца сохраняют свою структуру и химический состав на протяжении всей жизни дерева, а также в течение долгого времени после его гибели. Всё это делает древесные растения уникальным объектом исследования процессов взаимодействия в системе «живой организм -окружающая среда», предоставляя исследователю богатый статистический материал проведённых самой природой тысячелетних экспериментов в масштабах всей планеты.

С начала прошлого века основным измеряемым параметром годичных колец деревьев является ширина годичного кольца. С развитием техники появилась возможность проводить измерение параметров структуры годичных колец. В первую очередь это относится к измерению геометрических размеров структурных элементов клеток годичных колец (гистометрические измерения) и рентгенографическое измерение плотности древесины годичных колец (денситометрические измерения). Полученная информация о влиянии физических факторов окружающей среды на структуру годичных колец придало новый импульс развитию дендроклиматологии и дендроэкологии (Ваганов, 1972, 1977, 1985; Polge, 1969, 1978; Schweingruber, 1988, 1996). В данной работе в качестве набора физических параметров выступают гистометрические, денситометрические характеристики структуры годичных колец и элементный состав клеточных стенок.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Силкин, Павел Павлович

Основные выводы:

1) Созданы методы, алгоритмы и программное обеспечение для проведения измерений, обработки и анализа гистометрических, рентгенографических параметров годичных колец хвойных и их элементного состава.

2) Экспериментально доказано наличие высокой рентгенографической плотности клеточной стенки в ранней древесине годичных колец лиственницы и сосны, сравнимой с плотностью алюминия. Установлен факт изменчивости рентгенографической плотности клеточной стенки в пределах годичного кольца и её отрицательная нелинейная связь с толщиной клеточной стенки, которая носит универсальный характер и не зависит от породы древесного растения и места его обитания.

3) Теоретический анализ экспериментальных данных показал, что рентгенографическая плотность сложной срединной пластинки (PL) зависит от общей толщины клеточной стенки W. Уравнение связи вида к

Pi (Ю = "j^r + позволяет хорошо описать экспериментальные данные на основе гетерогенного строения клеточной стенки.

4) Теоретические оценки влияния химического состава оболочек клеточной стенки на эффективность поглощения рентгеновского излучения показали, что пектиновые вещества, связывающие ионы кальция (пектат кальция), приводят к высоким рентгенографическим плотностям клеточных стенок. Элементы, тяжелее кальция, не оказывают существенного влияния на рентгенографические параметры клеточных стенок.

5) Доказано, что изменчивость рентгенографической плотности клеточной стенки в годичном кольце и существующий метод калибровки денситометра DENDRO-2003 приводит к завышению рентгенографической массы и плотности клеток в ранней древесине, и их занижению в поздней древесине относительно их гравиметрических значений. Вместе с тем, средние рентгенографические показатели годичного кольца не будут иметь больших расхождений с их средними гравиметрическими значениями.

7) Объединение гистометрических и рентгенографических характеристик годичных колец позволило предложить новые параметры структуры годичных колец древесных растений: рентгенографическую массу и индекс рентгенографической плотности клеточной стенки (Ipw) для использования их в задачах дендроэкологии и дендроклиматологии.

10) Обнаружена линейная положительная связь отношения концентрации Sr/Ca с плотностью годичного кольца. Профиль распределения Sr/Ca и профиль плотности годичного кольца практически совпадают. Данная связь носит универсальный характер и не зависит от породы древесного растения и места его произрастания. Менее выраженный подобный характер связи с профилем плотности обнаруживает и отношение Rb/K.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В результате проведённых исследований были найдены ответы на вопросы, связанные с влиянием химического состава клеточных стенок на результаты денситометрических измерений, которые были поставлены в начале работы. Созданные алгоритмы, метод и программное обеспечение позволили впервые провести измерение денситометрических показателей на уровне клеточных стенок годичных колец хвойных. Достоинство данного подхода состоит в том, что он не требует создания нового оборудования, а использует существующее аппаратное обеспечение. Анализ данных, полученных в результате измерений, показал, что необходимо различать плотность клеточных стенок трахеид хвойных по способу её измерения. В случае измерения плотности клеточных стенок объёмно-гравиметрическим способом, она может варьировать в небольших пределах и её, в соответствии с общепринятым взглядом, можно считать константой в любой зоне годичного кольца. В случае применения рентгенографической денситометрии ситуация кардинально меняется. Неоднородный химический состав клеточных стенок приводит к изменению денситометрических показателей клеточной стенки. Оболочечное строение клеточной стенки и различный химический состав оболочек приводят к различной сорбционной способности рентгеновского излучения клеточной стенкой как целым, что вызывает зависимость рентгенографической плотности клеточной стенки от её толщины и, в конечном итоге, от зоны годичного кольца. Этим объясняются все несоответствия между измеренной плотностью участка годичного кольца и рассчитанной плотностью этого же участка на основании гистометрических данных, о чём было упомянуто в первой главе данной работы.

Среди гипотез относительно местонахождения участков высокой рентгенографической плотности в клеточной стенке, предложенных в четвёртой главе, наиболее адекватной следует считать гипотезу, согласно которой этот участок находится в срединной пластинке. Это следует из того, что возрастание плотности связано с уменьшением вторичной оболочки клеточной стенки и, в пределе, когда появляются экстремально высокие значения плотностей, она имеет наименьший удельный вес относительно сложной срединной пластинки. Далее, сложная срединная пластинка содержит пектиновые вещества, обладающие высокой связующей способностью к ионам металлов. Существующие работы в области консервации древесины показывают увеличение содержания консервантов в области срединной пластинки. Так, в работе (Matsunaga, Matsumura, Oda, 2004) показано, что сложная срединная пластинка в большей степени связывает ионы меди, чем остальные оболочки клеточной стенки. Оценки, проведённые в четвертой главе диссертационной работы свидетельствуют в пользу того, что пектиновые вещества, связывая ионы кальция (пектат кальция), могут вызвать резкое увеличение поглощения рентгеновского излучения, что и приводит к высоким значениям рентгенографической плотности клеточной стенки.

Интересно, что невозможно описать экспериментальные значения рентгенографической плотности только с помощью изменения размеров клеточных оболочек. В любом случае, будь это вся клеточная стенка как целое или сложная срединная пластинка, существует связь её рентгенографической плотности и толщины клеточной стенки. Считая, что именно пектат кальция обеспечивает высокие рентгенографические плотности, следует сделать вывод и о связи концентрации пектиновых веществ с толщиной клеточной стенки. Данный вывод косвенно подтверждается связью концентрации лигнина с толщиной клеточной стенки. Так, в работе (Wolfgang Gindl, 2001), приводятся данные о наличии отрицательной линейной связи между концентрацией лигнина во вторичной оболочке клеточной стенки и толщиной клеточной стенки. Между тем пока остаётся неясным, чем в большей степени определяется вариация рентгенографической плотности в срединной пластинке - изменением концентрации пектата кальция, содержанием кальция и других ионов металлов в пектиновом веществе или тем и другим.

Важными являются результаты, показывающие, каким образом происходит систематическое смещение измеренных величин рентгенографической плотности в разных зонах годичного кольца. Применение единого корректирующего коэффициента и различие в химическом составе клеточных стенок приводит к завышению плотности в ранней древесине и её занижению в зоне поздней древесине.

Комбинация денситометрических и гистометрических показателей годичных колец хвойных дала возможность предложить новый показатель годичных колец — индекс рентгенографической плотности клеточной стенки (Ipw), смысл которого заключается в отклонении фактической величины рентгенографической плотности клеточной стенки от её теоретического значения, рассчитанного на основе толщины клеточной стенки. Другими словами, он отражает степень отклонения концентрации химических компонентов клеточной стенки (пектиновых веществ или ионов металлов) от теоретически необходимого значения. Анализ свойств Ipw показал, что он отражает внешние условия произрастания древесных растений, и по своим индикационным свойствам является принципиально новым дендроэкологическим индикатором.

Перспективным с точки зрения изучения генетически обусловленных механизмов развития структуры годичного кольца можно считать предложенный способ индексации клеточных параметров в пределах годичного кольца, описанный в пятой главе диссертационной работы. Используя данный подход, впервые удалось выделить связь между толщиной клеточной стенки и её радиальным размером, независящую от условий вегетационного периода.

Впервые создан специализированный методический и программный инструментарий для многопараметрической обработки и анализа гистометрической, рентгенографической и элементной структуры годичных колец хвойных. Это позволило проанализировать распределение элементов внутри годичных колец, исследовать их связь с клеточной и рентгенографической структурой годичных колец. Обнаружена связь отношения Sr/Ca с профилем плотности годичного кольца и показан её универсальный характер, независящий от породы древесного растения и места его произрастания. В меньшей степени это характерно и для отношения Rb/K. Также обнаружены устойчивые связи между элементами Ca+Sr+Мп, Rb+K, As+Kr. Связь между концентрациями первых двух групп может объясняться их химическим сродством внутри групп. Что касается первой группы, то её элементы связывают немитилированные карбоксильные группы уроновых кислот пектиновых веществ. Любопытным является тот факт, что обладая химическим сродством, концентрации Са и Sr находятся в противофазе друг к другу при общем согласованном тренде изменения (включая Мп).

Противофаза изменения их концентрации, в итоге, приводит к тому, что их отношение почти точно описывает профиль плотности. Кальций играет исключительно важную роль в регуляции жизнедеятельности клетки, её ростовых процессов и формировании клеточной стенки (Горшкова, 2007). Известно, что в зонах роста наблюдается высокая концентрация кальция. Можно предположить, что интенсивность растяжения (синтез полимеров), а, следовательно, и площадь поперечного сечения клетки (Sc) будет связана с концентрацией кальция. Полагая далее, что синтез вторичной клеточной стенки идёт без активного участия в ней Са, а концентрация последнего строго регулируется клеткой, можно предположить, что во вторичной клеточной стенки некоторая часть активных связывающих центров карбоксильных групп окажется не занятой кальцием, что может привести к захвату ими с большей вероятностью Sr, чем других ионов металлов, т.к. Са и Sr обладают химическим сродством. В этом случае окажется, что с ростом толщины вторичной клеточной стенки будет возрастать удельная концентрация в ней Sr, при уменьшении концентрации Са. Толщина вторичной клеточной стенки, в основном, определяет толщину всей клеточной стенки, а она, в свою очередь, определяет площадь поперечного сечения клеточной стенки (Sw). Отношение Sw/Sc, таким образом, будет отражать отношение Sr/Ca. А отношение Sw/Sc есть не что иное, как плотность годичного кольца. Таким образом, распределение в годичном кольце отношения Sr/Ca и профиля плотности годичного кольца совпадут. Концентрация Мп имеет общий тренд изменения с Sr и Са в годичных кольцах. Известно, что Мп может в биохимических процессах заменять Mg (Ершов, 2007). Магний, в свою очередь, входит в состав пектиновых веществ, также связывая карбоксильные группы уроновых кислот (Горшкова, 2007). Таким образом, марганец, будучи внутриклеточным катионом, также может связываться пектиновыми веществами, захватываясь свободными вакансиями. В этом случае, концентрация Мп, с одной стороны, будет иметь общий тренд изменения с Са и Sr, а, с другой, не проявлять явной синхронности ни с тем, ни с другим, находясь как бы между ними посередине. С другой стороны, большинство катионов, играющих важную роль в жизнедеятельности клетки, имеют свои специфические переносчики и транспортные системы. В этом случае, ввиду химического сродства Са и Sr, регуляция одного из них, должна привести к регуляции и другого, т.к. механизм изменения их концентрации должен быть один, что противоречит сделанному предположению относительно связи Sr/Ca и профиля плотности годичного кольца. В любом случае, применение методов элементного анализа на базе электронной микроскопии может позволить изучить распределение Са, Sr и других элементов в пределах оболочек клеточной стенки и предложить адекватный наблюдаемым экспериментальным данным механизм формирования элементного состава в клеточных стенках. Подобие поведения К и Rb поведению Са и Sr, говорит, скорее всего, о схожих механизмах концентрации их в клеточных стенках. Интересным является схожесть трендов изменения As и Кг в годичных кольцах хвойных, независимо от породы древесного растения и места его обитания. Первый из них является сильным ядом для живых организмов, а второй - инертным к биохимическим процессам. Можно предположить совпадение их трендов наличием общего для них механизма переноса по проводящим путям дерева. Не исключено, что в этом случае Кг является просто примесным элементом, а мышьяк, будучи сильным ядом, возможно, играет своеобразную роль консерванта, защищающую сформированную древесину от грибов и других паразитов. Впрочем, данная интерпретация может служить всего лишь рабочей гипотезой, нуждающейся в серьёзной доказательной базе.

Можно считать доказанным влияние элементного состава клеточных стенок на их рентгенографические параметры. Впервые, благодаря созданным методам и программному обеспечению удалось проанализировать связь рентгенографической плотности клеточной стенки с её толщиной и химическим составом. Экспериментально доказано наличие связи концентрации, в первую очередь, для кальция, с рентгенографической плотностью клеточной стенки (Pw). Отсутствие связи индекса рентгенографической плотности клеточной стенки (Ipw) с концентрацией какого-либо элемента может говорить только об одном. А именно — что концентрация данной группы элементов измерена не была. В пользу этого предположения говорит тот факт, что теоретические расчёты поглощения рентгеновского излучения элементным составом годичных колец указывают на то, что элементы, легче кальция, могут составлять ему конкуренцию в поглощении рентгеновского излучения. При этом, элементы тяжелее кальция, не вносят существенного вклада в величину рентгенографических параметров. В отличие от элементов, тяжелее кальция, хронологии лёгких элементов Са, К и С1 имеют корреляционную связь между зонами ранней и поздней древесины. Подобное свойство имеют и хронологии Ipw в разных зонах годичного кольца. Это является ещё одним косвенным подтверждением того, что величину Ipw определяют элементы, легче С1, которые измерены не были. Предположительно, это Si и Р. Как правило, Si является инкрустирующим элементом клеточных стенок (Бардинская, 1964), увеличивающий их механическую прочность и, возможно, вносящий свой вклад в величину рентгенографических параметров. Фосфор, напротив, играет важную роль в жизнедеятельности клетки, и его концентрация может быть связана с интенсивностью тех или иных физиологических процессов. В этом случае, хронологии Ipw могут отражать концентрацию фосфора, а, следовательно, и интенсивность физиологических процессов клетки, которые, в свою очередь, могут оказаться связанными с теми или иными изменениями окружающей среды, что интересно с точки зрения как изучения физиологии древесных растений, так и мониторинга окружающей среды. Необходимо отметить, что гистометрический и рентгенографический анализ годичных колец можно, с определёнными допущениями, трактовать как гистохимический анализ годичных колец. В самом деле, измерение профиля плотности даёт величину отношения Sr/Ca. Концентрацию Са (а, следовательно, и Мп) можно получить из её связи с рентгенографической плотностью клеточной стенки и её толщиной. Далее, из полученных данных, однозначно определяется концентрация Sr. Изменения Ipw дадут оценку концентрации, предположительно, фосфора. Таким образом, измеряя гистометрические и рентгенографические характеристики годичных колец, можно получить хронологии Са, Sr, Мп и, возможно, Р в годичных кольцах. Возможность данного подхода имеет косвенное подтверждение благодаря работе Агр (1988), авторы которой считают, что распределение К, Са, Р, Мп в древесных кольцах можно объяснить физиологическими причинами. Физиологические процессы, в свою очередь, влияют и на структуру годичного кольца. Разумеется, данное предположение является только гипотезой и требует строгого экспериментального доказательства.

Полученные в настоящей работе данные о распределении элементов внутри годичных колец указывают, скорее, на отсутствие серьёзного радиального перемещения элементов по стволу дерева. Анализ результатов шестой главы показывает наличие чётко выраженных градиентов изменения концентрации элементов внутри годичных колец, их связи с клеточными параметрами. В случае радиального перемещения никаких хорошо проявленных закономерностей связи с клеточными параметрами и наличия градиентов концентрации элементов внутри годичных колец не наблюдалось бы. Автокорреляция концентрации Са, Na, К, в годичных кольцах, наличие которых некоторые исследователи (Hall, 1987) связывают с их радиальным перемещением, может быть объяснено связью концентраций этих элементов с гистометрическими параметрами годичных колец, которые, в свою очередь, обладают автокорреляцией. Известен стандартный дендрохронологический приём удаления из хронологии автокорреляции, в частности, для ширины годичного кольца (Шиятов, 1986).

Созданные методы и программное обеспечение позволили показать перспективность использования элементного состава годичных колец в качестве индикаторов состояния окружающей среды. Изменения концентрации элементов в годичных кольцах происходят достаточно синхронно, что говорит об общем внешнем управляющем факторе. Косвенно, в пользу этого также говорит тот факт, что хронологии концентраций элементов в ранней древесине у отдельных деревьев менее согласованны, чем индивидуальные хронологии в зоне поздней древесины. Данная ситуация наблюдается как для клеточных хронологий, так и для денситометрических характеристик - хронологии зоны поздней древесины более согласованы между собой. Показано, что средние хронологии элементов в зонах ранней и поздней древесины годичного кольца имеют слабую связь между собой. Это так же является косвенным подтверждением связи элементного состава клеточных стенок с процессами, происходящими вне древесного растения. В целом, исследование элементного состава годичных колец имеет серьёзные перспективы для применения их в задачах биоиндикации и физиологии растений, но лишь в том случае, если процессы формирования элементного состава будут изучаться в неразрывной связи с физиологическими процессами, происходящими в древесном растении, процессами роста и формирования клеточной стенки, синтеза её полимеров, связи с различными параметрами годичных колец и т.д. Данная диссертационная работа является первым шагом в этом направлении, предоставляя исследователю эффективные методы измерения, обработки и анализа многопараметрических данных годичных колец хвойных.

Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Силкин, Павел Павлович, Красноярск

1. Адаменко В.Н. Климат и озёра. (К оценке настоящего, прошлого и будущего) / В.Н. Адаменко. - Л.:Гидрометеоиздат, 1985.-263 с.

2. Адаменко В.Н. Индикация изменений климата. (Методы анализа и интерпретации) / В.Н. Адаменко, М.Д.Масанова, А.Ф.Четвериков. -Л.:Гидрометеоиздат, 1982. 110 с.

3. Адаменко В.Н. Химический состав годичных колец деревьев и состояние природной среды / В.Н. Адаменко, Е.Л.Журавлёва, А.Ф.Четвериков // Докл. АН СССР. 1985. - Т.265, №2. - С. 507-512.

4. Алексахин P.M. Миграция радионуклидов в лесных биогеоценозах / P.M. Алексахин, М.А. Нарышкин / М.:Наука, 1977. 144 с.

5. Антанайтис В.В. Прирост леса /В.В. Антанайтис, В.В. Загреев. М- Лесн. пром-сть, 1981. - 198 с.

6. Антонова Г.Ф. Аккумуляция биомассы в стенках трахеид годичного слоя древесины / Г.Ф. Антонова, В.В. Стасова //Лесоведение. 1990. - №3. - С.49-57.

7. Антонова Г.Ф. Влияние внешней среды на развитие вторичной клеточной стенки трахеид сосны обыкновенной /Г.Ф. Антонова, В.В. Стасова // Лесоведение. 1986. - №2. - С.72-76.

8. Арбатская М.К. Многолетняя изменчивость частоты пожаров и прироста сосны в средней подзоне тайги Средней Сибири /М.К. Арбатская, Е.А. Ваганов //Экология. 1997. - №5. - С.330-336.

9. Афонин В.П. Рентгенофлуоресцентный анализ / В.П. Афонин, Н.И. Комяк, В.П. Николаев, Р.И. Плотников. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. -173 с.

10. Баженов А.В. Бета-активность в годичных кольцах древесины сосны обыкновенной из района Чернобыльской АЭС / А.В. Баженов, О.Ф. Садыков, P.M. Хантемиров // В кн.: Проблемы дендрохронологии и дендроклиматологии. Свердловск, 1990. - с. 9-10.

11. Бардинская М.С. Растительные клеточные стенки и их образование /М.С. Бардинская. М.: Наука, 1964. - 160 с.

12. Бейли Н. Статистические методы в биологии /Н. Бейли. М.: Изд-во иностранной литературы, 1962. - 257 с.

13. Битвинскас Т.Т. Дендроклиматические исследования / Т.Т. Битвинскас. JL: Гидрометеоиздат, 1974. - 172 с.

14. Блохин М.А. Физика рентгеновских лучей /М.А. Блохин. М.: Государственное изд-во технико-теоретической лит-ры, 1957. - 518 с.

15. Блохин М.А. Рентгеноспектральный справочник /М.А. Блохин, И.Г. Швейцер. -М.: Наука, 1982.-376 с.

16. Бокий Г.Б. Рентгеноструктурный анализ /Г.Б. Бокий, М.А. Порай-Кошиц. -М.: Типография изд-ва МГУ, 1964. -Т.1.-492 с.

17. Боровиков В.П. Statistica. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows /В.П. Боровиков, И.П. Боровиков. М., 1997. - 592 с.

18. Ваганов Е.А. Механизмы и имитационная модель формирования структуры годичных колец у хвойных /Е.А. Ваганов //Лесоведение. 1996. - № 1. - С.З-15.

19. Ваганов Е.А. Значение раннелетней температуры и сроков схода снежного покрова для роста деревьев в субарктической зоне Сибири /Е.А. Ваганов, А.В. Кирдянов, П.П. Силкин //Лесоведение. 1999. - №6. - С.3-14.

20. Ваганов Е.А. Погодные условия и структура годичного кольца: имитационная модель трахеидограммы /Е.А. Ваганов, И.В. Свидерская, Е.Н. Кондратьева // Лесоведение. 1990. - № 2. - С.37-45.

21. Ваганов Е.А. Фотометрический анализ структуры годичных слоев древесины хвойных /Е.А. Ваганов, В.В. Спиров, И.А. Терсков //Изв. СО АН СССР. Сер. биол. наук. 1972. - Вып. 1. - №5. - С.132-138.

22. Ваганов Е.А. Анализ роста дерева по структуре годичных колец /Е.А. Ваганов, И.А. Терсков. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1977. - 93 с.

23. Ваганов Е.А. Рост и структура годичных колец хвойных /Е.А. Ваганов, А.В. Шашкин.- Новосибирск: Наука, 2000. 214 с.

24. Ваганов Е.А. Сезонный рост и формирование годичных колец: кинетический подход и имитационное моделирование /Е.А. Ваганов, А.В. Шашкин, И.В. Свидерская //Биофизика клеточных популяций и надорганизменных систем. -Новосибирск: Наука. 1992. - С.140-150.

25. Ваганов Е.А. Гистометрический анализ роста древесных растений /Е.А. Ваганов, А.В. Шашкин, И.В. Свидерская, Л.Г. Высоцкая. Новосибирск: Наука, 1985. - 104 с.

26. Ваганов Е.А. Дендрохронологические методы в изучении истории климата Сибири /Е.А. Ваганов, С.Г. Шиятов //Проблемы реконструкции климата и природной среды голоцена и плейстоцена Сибири. Новосибирск. - 1998. -С.56-63.

27. Ваганов Е.А. Дендроклиматические исследования в Урало-Сибирской Субарктике /Е.А. Ваганов, С.Г. Шиятов, B.C. Мазепа. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. РАН, 1996. - 324 с.

28. Воднев В.Т. Основные математические формулы /В.Т. Воднев, А.Ф. Наумович, Н.Ф. Наумович; Под ред. Ю.С. Богданова. Минск: Вышэйшая школа, 1988. - 268 с.

29. Высоцкая Л.Г. Анализ распределения трахеид по размерам в годичных кольцах сосен, растущих в различных по увлажнению условиях /Л.Г. Высоцкая, А.В. Шашкин, Е.А. Ваганов //Экология. 1985. - № 1. - С.35-42.

30. Гольдин JI.JI. Лабораторные занятия по физике / Л.Л. Гольдин, Ф.Ф. Игошин, С.М. Козел; Под ред. Л.Л. Гольдина. -М.: Наука, 1983. 704 с.

31. Горшкова Т.А. Растительная клеточная стенка как динамичная система / Т.А. Горшкова. М.: Наука, 2007. - 429 с.

32. Демьянов Н.Я. Органическая химия /Н.Я. Демьянов. Сельхозгиз, 1944. -С.347-348.

33. Дюран Б. Кластерный анализ /Б. Дюран, П. Одел. Москва: Статистика, 1977. - 150 с.

34. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин /А.Н. Зайдель. Л.: Наука, 1974. - 106 с.

35. Зуев В.В. Взаимосвязь долгопериодной изменчивости озонового слоя атмосферы с обусловленной УФ-Б воздействием изменчивости плотности древесины /В.В. Зуев, С.Л. Бондаренко //Оптика атмосферы и океана. 2001. -Т.14. - №12.- С.1-4.

36. Зуев В.В. Реконструкция палеоповедения озонового слоя из дендрохронологических данных с использованием спутниковых данных TOMS /В.В. Зуев, С.Л. Бондаренко //Исследования Земли из космоса. 2002. -№6.-С. 19-24.

37. Зуев В.В. Реконструкция многовекового хода общего содержания озона на основе дендрохронологических данных /В.В. Зуев, С.Л. Бондаренко //Докл. Академии наук. 2003. - Т. 392. - № 5. - С.682-385.

38. Кларксон Д. Транспорт ионов и структура растительной клетки /Д. Кларксон. Издательство «МИР»: Москва, 1978 - 368 с.

39. Клеточная стенка древесины и её изменения при химическом воздействии. -Рига: ЗИНАТНЕ, 1972. 511 с.

40. Козубов Г.М. Радиобиологические и радиоэкологические исследования древесных растений /Г.М. Козубов, А.И. Таскаев. СПб.: Наука, 1994. - 256 с.

41. Комисаренко С.Н. Пектины их свойства и применение /С.Н. Комисаренко,

42. B.Н. Спиридонов //Раст. ресурсы 1998. - Т.34. - Вып.1. - С.111-119.

43. Лобжанидзе Э.О. Камбий и формирование годичных колец древесины /Э.О. Лобжанидзе. Тбилиси: Изд-во АН СССР, 1961. - 159 с.

44. Ловелиус Н.В. Изменчивость прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий /Н.В. Ловелиус. Л.: Наука, 1979.-230 с.

45. Лоули Д. Факторный анализ как статистический метод /Д. Лоули, А. Максвелл. Москва: Мир, 1967. - 144 с.

46. Максимов Н.А. Краткий курс физиологии растений /Н.А. Максимов. -Москва: Сельхозгиз, 1958. 565 с.

47. Мусаев Е.К. Влияние радиационного поражения на годичные кольца сосны в районе Чернобыльской АЭС /Е.К. Мусаев //Лесоведение. 1993. - №4. - С.41-49.

48. Мусаев Е.К. Сезонный рост и строение годичных колец сосны обыкновенной в зоне Чернобыльской катастрофы /Е.К. Мусаев //Лесоведение. 1996. №1.1. C. 16-28.

49. Поздняков Л.К. Мерзлотное лесоведение /Л.К. Поздняков. Новосибирск: Наука, 1986. - 192 с.

50. Наурзбаев М.М. Изменчивость приземной температуры воздуха на севере Евразии по данным тысячелетних древесно-кольцевых хронологий /М.М.

51. Наурзбаев, Е.А. Ваганов, О.В. Сидорова //Криосфера Земли. 2003. - Т. VII. -№2. - С.84-91.

52. Ершов Ю.А. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов / Ю.А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд, А.З. Книжник М.: Высш. шк., 2007. - 559 с.

53. Раздорский В.Ф. Анатомия растений /В.Ф. Раздорский. М.: Советская наука, 1949. - 524 с.

54. Рассел Э. Почвенные условия и рост растений /Э. Рассел. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1955. - 623 с.

55. Ревенко А.Г. Рентгеноспекгральный флуоресцентный анализ природных материалов / А.Г. Ревенко. — Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1994. —264 с.

56. Сидорова О.В. Длительные изменения климата и радиальный прирост лиственницы на севере Средней Сибири и Северо-Востоке Якутии в позднем голоцене: Автореф. дис. . канд. биол. наук /О.В. Сидорова //Красноярск, 2003.- 18 с.

57. Сидорова О.В. Хронология вулканических извержений, зафиксированная в годичных кольцах деревьев Субаркгики восточной Сибири /О.В. Сидорова, М.М. Наурзбаев //Экология пойм Сибирских рек и Арктики: Тез. докл. -Томск, 2000. С. 10.

58. Силкин П.П. Масса клеточных стенок трахеид ранней и поздней древесины в годичных кольцах лиственницы /П.П. Силкин, А.В. Кирдянов. //Лесоведение. -1999.-№6.-С.55-59.

59. Силкин П.П. Измерение сезонного накопления массы клеточными стенками трахеид /П.П. Силкин //Реакция растений на глобальные и региональные изменения природной среды: Тез. докл. Всероссийского Совещания. -Иркутск. 2000. - С.89.

60. Силкин П.П. Влияние тунгусского события 1908 года на структуру годичных колец деревьев /П.П. Силкин //Материалы конференции молодых ученых КНЦ СО РАН. Красноярск: ИВМ СО РАН. - 2002. - С.43.

61. Спиров В.В. Микрофотометрический анализатор древесины /В.В. Спиров, И.А. Терсков //Лесоведение. 1973. - № 5. - С.63-68.

62. Судачкова Н.Е. Метаболизм хвойных и формирование древесины /Н.Е. Судачкова. Новосибирск: Наука, 1977. - 228 с.

63. Терсков И.А. Новые методы изучения распределения пористости и плотности древесины внутри годичных слоев /И.А. Тресков, Е.А. Ваганов, В.В. Спиров // Изв. СО АН СССР. Сер. биол. наук . 1972. - Вып. 3. - № 15. - С. 115-120.

64. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок /Дж. Тейлор. Москва: Мир, 1985. -272 с.

65. Химическая Энциклопедия. /Глав. ред. Зефиров Н.С. Научн. изд-во «Большая Российская Энциклопедия», 1998. - Т.5. - С.662-667.

66. Четвериков А.Ф. Химический состав годичных колец деревьев как индикатор природных условий / А.Ф. Четвериков // Природа. 1982. - №6. - С. 117.

67. Четвериков А.Ф. Косвенная индикация изменчивости природных условий водосборов озёр. Автореф. дис. . канд. геогр. наук / А.Ф. Четвериков // Л., 1983.-15 с.

68. Четвериков А.Ф. Химический состав годичных слоёв прироста деревьев и условия природной среды / А.Ф. Четвериков // Дендрохронология и дендроклиматология. Новосибирск: Наука, 1986. — С. 126-130.

69. Шиятов С.Г. Дендрохронология верхней границы леса на Урале /С.Г. Шфиятов. М.: Наука, 1986. - 136 с.

70. Antonova G.F. Daily dynamics in xylem cell radial growth of Scots pine (Pinus sylvestris) /G.F. Antonova, V.P. Cherkashin, V.V. Stasova, T.N. Varaksina //Trees 1. 1995. - P.24-30.

71. Antonova G.F. Effects of environmental factors on wood formation in Scots pine stem / G.F. Antonova, V.V. Stasova //Trees. 1993. - Vol.7. - P. 214-219.

72. Antonova G.F. Effects of environmental factors on wood formation in larch (Larix sibirica Ldb.) stems /G.F. Antonova, V.V. Stasova //Trees. 1997. - Vol. 11. -P.462-468.

73. Arp P. Red spruce stand downwind from a coalburning power generator: Tree-ring analysis /Р. Arp, J. Manasc //Can. J. Forest Res. 1988. - V. 18. - №2. - P.251-264.

74. Baes C.F. Age-spesific lead distribution in xylem rings of three genera in Atlanta, Georgia/C.F. Baes, H.L. Ragsdale, T.A. Hagan //Envir. Pollut. 1981. Ser. B2. -P.21-35.

75. Baes C.F. Trace elements in tree rings: Evidence of recent and historical air pollution /C.F. Baes, S.B. McLaughlin //Science. 1984. - 224. - P.494-496.

76. Barnes D. The lead, copper and zinc content of tree rings and bark / D. Barnes, M.A. Hamadah, J.M. Ottaway // The Science of total Environm., 1976. V.5. -P.63-67.

77. Berish C.W. Chronological sequence of element concentration in wood of Carya spp. In the southern Appalachian Mountains / C.W. Berish, H.L. Ragsdale // Can. J. Forest Res., 1985. V.15. - N.3. - P.477-483.

78. Briffa K.R. Influence of volcanic eruptions on Northern Hemisphere summer temperatures over the past 600 years /K.R. Briffa, P.D. Jones, F.H. Schweingruber, T.G. Osborn //Nature. 1998. - N393. - P.450-455.

79. Brownridge J.D. The radial distribution of 137-Cs and 40-K in tree stems / J.D. Brownridge // J. of Plant Nutrition, 1984. V.7. - N.6. - P. 887-896.

80. Dollard G.J. Some approaches to the development of tree ring analysis as a monitoring tool for heavy metal pollution / G.J. Dollard, Т.К. Tian, N.W. Lepp //

81. Kuopio Meeting «Plant Damages Caused by Air Pollution» / Ed. by L. Karenlampi. Kuopio (Finland), 1976.- P.16-25.

82. Diaz-Vaz J.E. Vergleichende Undersuchung der Schwankungen von Tracheidendimensionen und rintgenoptisch ermittelter Rohdichte innerhalb des Jahrings /J.E. Diaz-Vaz, R. Echols, W. Knigge //Forstwissenschafltliches Centralblatt. 1975. - N94. - P. 161-175.

83. Dillenburg L.R. Leaf expansion and development of photosynthetic capacity and pigments in Liquidambar styraciflua effects of UV-B radiation /L.R. Dillenburg, H. Sullivan, A.H. Teramura //American Journal of Botany. - 1995. - V.82. - P. 878885.

84. Elliott G.K. Microphotometric technique for growth-ring analysis /G.K. Elliott, S.E.G. Brook//J. Institute Wood Sci. 1967. - N18. - P.24-43.

85. Fengel D. Wood Chemistry, Ultrastructure, Reactions /D. Fengel, G. Wegener. -Berlin; N.Y.: Walter de Gruyter. New York, 1989. 613 p.

86. Fletcher J.M. Uses of X-rays for density determinations and dendrochronology /J.M. Fletcher, J.F. Hughes //Tree-ring analysis with special reference to northwest America. ActaPraehistoricaet Archaeologica. 1970. - N7.-P.41-50.

87. Fritts H.C. Tree-Rings and climate /Н.С. Fritts. London; N.Y.; San Francisko: Acad. Press, 1976. - 576 p.

88. Gates D.M. Biophysical Ecology /D.M. Gates. New York; Heidelberg; Berlin: Springer-Verlag, 1980. - 611 p.

89. Green H.V. Wood quality studies. I. A scanning microphotometer for automatically measurement and recording certain wood characteristics /H.V. Green, J. Worrell // TAPPI. 1964. - V. 47. - N 7. - P.419-427.

90. Hall G.S. Multielemental analysis of tree-rings by proton-induced X-ray (PIXE) and gamma ray emission (PIGE) /G.S. Hall // Ecol. Aspects of Tree-Ring Analysis: Int. Symp. Marymount College, Tarrytown, New York, 1987. - P.681-689.

91. Hantemirov R.M. Possibility to use chemical elements in tree rings of Scots pine for the air pollution reconstruction /R.M. Hantemirov //LUNDQUA. 1992. - V.34. -P.142-145.

92. Haygreen J.G. Forest products and wood science /J.G. Green, J.L. Bowyer. 2nd ed. Iowa State University Press. Ames. IA, 1989. - P. 196.

93. Hemming D. Modelling tree-ring 813C /D. Hemming, H. Fritts, S. Leavitt, W. Wright //Dendrochronologia. 2001. - V. 19. - P.23-38.

94. Jagels R. Image analysis. In Method of dendrochronology: Applications in the environmental sciences /R. Jagels, F.W. Telewski. Netherlands: Kluwer Academic Pub., Dordrecht, 1990. - P.76-93.

95. Jonsson B. Analysis of the content of trace elements in tree cores from spruce by means of PIXE /В. Jonsson, K. Pernestal, H.-K. Li. Swedish university of agricultural sciences. Department of biometry and forest management: UMEA, 1990. - 83 p.

96. Kellogg R.M. Variation of the cell-wall density of wood /R.M. Kellogg, F.F. Wangaard //Wood Fiber. 1969. - N 1. - P.l80-204.

97. Karandinos M.G. Lead assessment in Aleppo pine trees from the Greater Athens region / M.G. Karandinos, G.K.Papakostidis, A.A.Fantinou // Conf. «Heavy Metals Environ.», Athens, 1985. Edinburgh, 1985. - V.l. - P. 602 - 606.

98. Kardell L. Lead and Cadmium in oak tree rings (Quercus robur L.) / L. Kardell, J. Larsson//Ambio., 1978. V.7. - N.3. -P. 117-121.

99. Kirdyanov A. The importance of early summer temperature and date of snow melt for tree growth in Siberian Subarctic /А. Kirdyanov, H. Hughes, E. Vaganov, F. Schweingruber// Trees. 2003. - N 17. - P.61-69.

100. Kirdyanov A. Cell and Density Structure of Tree-Rings of Different Conifers as an Indicator of Different Climatic Parameter Changes /А. Kirdyanov, P. Silkin //GeoLines. 2000. -Nil.- P. 127-129.

101. Kohno M. Distribution of environmental cesium-137 in tree rings / M. Kohno, Y. Koizumi, K. Okumura, I. Mito // J. Environ. Radioact., 1988. V.8. - N.l. - P. 1519.

102. Kozlowski T.T. Growth Control in Wood Plants /Т.Т. Kozlowski, S.G. Pallardy. -San Diego: Acad.Press, 1997. 641 p.

103. Kouris K. Effect of constituent elements in wood on x-ray densitometry measurements /К. Kouris, R.E. Tout, W.B. Gilboy, N.M. Spyrou //Archaeometry. -1981.-Vol. 23(1).-P.95-101.

104. Larson P.R. The Vascular Cambium. Development and Structure /P.R. Larson. -New York: Springer, 1994. 725 p.

105. Leavitt S.W. Environmental information from 13C/12С ratios of wood /S.W. Leavitt // Geophys. Monographs. 1993. - V. 78. - P.325-331.

106. Leavitt S.W. Prospects for reconstruction of seasonal environment from tree-ring 813C: baseline findings from the Great Lakes area, USA /S.W. Leavitt //Chem. Geology. 2002. - V. 191. - P.47-58.

107. Leavitt S.W. An atmospheric 13C/12C reconstruction generated through removal of climate effects from tree ring 13C/12C measurements /S.W. Leavitt, A. Long //Tellus. 1985. -N35B. -P.92-102.

108. Lepp N.W. Studies on lateral movement of Pb-210 in woody stems / N.W. Lepp, D.J. Dollard // Oecologia, 1974a. V.16. -N.2. - P. 179-184.

109. Lepp N.W. Studies on the behavior of lead in wood. Binding of free and complexed Pb-210 to xylem tissue / N.W. Lepp, D.J. Dollard // Oecologia, 1974b. V.16. -N.4. -P.369-373.

110. Liu L. Effects of UV-B on activities of enzymes of secondary phenolic metabolism in barley primary leaves /L. Liu, J.W. McClure //Physiologia Plantarum. 1995. - V. 93. - P.734-739.

111. Matsunaga H. X-ray microanalysis using thin sections of preservative-treated wood. Relationship of wood anatomical features to the distribution of copper /Н. Matsunaga, J.Matsumura, K.Oda //JAWA Journal. 2004. Vol. 25 (1). - P.79-90.

112. Marian J.E. A new method of growth ring analysis and determination of density by surface texture measurements /J.E. Marian, D.A. Stumbo //Forest Sci. 1960. - V. 6. - N 3. - P.276-291.

113. Meisch H.-U. Distribution of metals in annual rings of the beech (Fagus sylvatica) as an expression of environmental changes / H.-U. Meisch, M. Kessler, W. Reinle, A. Wagner 11 Experientia., 1986. V.42. - N.5. - P.537-542.

114. Merkel H. Uber den Witterungseinflub auf die Jahrringstruktur der Gemeine Kiefer (Pinus silvestris L.): Ein Beitrag zur dendroklimatologie der Nadelholzer /H.Merkel //Ph.D.dissertation, Albert-Ludwigs-Universitat zu Freiburg I Br. 1984. - 135 p.

115. Momoshima M. Cation binding in wood: applications to understanding historical changes in divalent cation availability to red spruce / M. Momoshima, E.A. Bondietti //Can. J. Forest Res. 1990. - V.20. - №12. - P.1840-1849.

116. Cook E.R. Methods of Dendrochronology. Application in the Environmental Sciences. /E.R. Cook, L.A. Kairiukstis. Dordrecht; Boston; London: Kluwer Acad. Publ., 1990. - 394 p.

117. Nobel R.J. Ultraviolet-B radiation effects on early growth of conifer seedlings/R.J. Nobel //http://www.rycomusa.com/asppl997/45/0442.shtml.

118. Park W.-K. Development of anatomical tree-ring chronologies from Southern Arisona conifers using image analysis /W.-К. Park //Dissertation. The Univ. Of Arizona. - 1990.-234 p.

119. Park W.-K. Measuring maximum latewood density by image analysis at the cellular level /W.-К. Park, F. W. Telewski //Wood and Fiber science. 1993. - Vol. 25(4). -P.326-332.

120. Pechman von H. Haben Mineraldngung und Lupinenanbau einen Einfluss auf die Eigenschaften von Fichten und Kiefer holz /von H. Pechman //Forstw. Cbl. 1960. -N79.-P.91-105.

121. Phillips E.W.J. The beta-ray method of determination the density of wood and the proportion of summer wood // J. Inst. Wood Sci. 1960. - N 5. - P.16-27.

122. Phillips E.W.J. The measurement of density variation within the growth rings in thin section of wood using beta particles /E.W.J. Phillips, E.H. Adams, R.P.S. Hearman //J. Inst. Wood Sci. 1962. - N 10. - P. 11-28.

123. Philipson W.K. The vascular cambium: its development and activity /W.K. Philipson, J.M. Ward, B.G. Butterfield L: Chapman & Hall. - 1971. - 182 p.

124. Polge H. Fifteen years of wood radiation densitometry /Н. Polge //Wood Sci. Technol. Auart. Rev. 1978. - V. 12. - N 3. - P. 187-196.

125. Polge H. La xylochronologie, perfectionnement logique de la dendrochronologie /Н. Polge, R. Keller //Ann. Sci. Forest. 1969. - V.26. - N 2. - P.225-256.

126. Robitaille G. Heavy-metal accumulations in the annual rings of balsam fir (Abies balsamea (L.) Mill) / G. Robitaille // Envir. Pollut.,1981. V. B2. - P. 193-202.

127. Rolfe G.L. Lead distribution in tree rings /G.L. Rolfe //Forest Sci. 1974. - V20. -№3. - P.283-286.

128. Rothlisberger F. Tree ring and climate a retrospective survey and new results /F. Rothlisberger //WMO Bull. 1980. - N 6. - P.170-177.

129. Savidge R.A. Xylogenesis, genetic and environmental regulation /R.A. Savidge // JAWAJ.- 1996.-Vol. 17. N 3. - P.269-310.

130. Schulze E.D. Aboveground biomass and nitrogen nutrition in a chronosequence of pristine Dahurian Larix stands in eastern Siberia /E.D. Schulze, W. Schulze, F.M. Kelliner //Can. J. For. Res. 1995. - Vol. 25. - P.943-960.

131. Schweingruber F.H. Trees and wood in Dendrochronology /F.H. Schweingruber. -Berlin; Heidelberg: Springer Verlag, 1993. 386 p.

132. Schweingruber F.H. Tree-Ring: Basics and Applications of Dendrochronology/F.H. Schweingruber. Dordrecht: Reidel. Publ., 1988. - 276 p.

133. Schweingruber F.H. Tree-rings and Environment. Dendroecology /F.H. Schweingruber. Berne; Stuttgart; Vienna: Paul Haupt: Birmensdorf, Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research, 1996. - 609 p.

134. Schweingruber F.H. Dichteschwankungen in Jahrringen von Nadelholzern in Beziehung zu klumatisch okologischen Faktoren, oder das Problem der falschen Jahrringe / F.H. Schweingruber. - Berichte, 1980. - N 313. - 35 p.

135. Schweingruber F.H. Dendroclimatic studies on conifers from Central Europe and Great Britain /F.H. Schweingruber, O.U. Braker, E. Schar //Boreas. 1979. - V. 8. -P.437-462.

136. Silkin P.P. Cell-wall masses of conifer tree ring /P.P. Silkin //Tree Rings and People: Abstracts of International Conference on the Future of Dendrochronology. -Davos, Switzerland, 2001. P.202.

137. Silkin P.P. The relationship between variability of cell wall mass of earlywood and latewood tracheids in larch tree-rings, the rate of tree-ring growth and climatic changes / P.P. Silkin, A.V. Kirdyanov //Holzforschung. 2003. - N 57. - P. 1-7.

138. Stamm A.J. Specific gravity of the wood substance of loblolly pine as affected by chemical composition /A.J. Stamm, H.T. Sanders //Tappi J. 1966. - N 49. - P.397-400.

139. Sullivan J.H. The effects of ultraviolet-B radiation on loblolly pine. Growth of field-grown seedlings /J.H. Sullivan, A.H. Teramura //Trees. V. 6. - 1992. - P. 115-120.

140. Swain C.P. Dendroclimatology of Pinus sylvestris L. in the British Isles /С.Р. Swain //Ph.D. dissertation, Liverpool Polytechnic, Liverpool, UK. 1987. - 190 p.

141. Symeonides С. Tree-ring analysis for tracing the history of pollution: application to a study in Northern Sweden / C. Symeonides // J. Environ. Qual., 1979. V.8. - N.4 -P.482-486.

142. Tout R.E. Neutron activation studies of trace elements in tree rings / R.E. Tout, W.B. Gilboy, N.M.Spron //J. Radioanal. Chem, 1977. V.37. -N.2. -P.705-715.

143. Tranquillini W. Physiological ecology of the alpine timberline / W. Tranquillini. -Berlin: Springer-Verlag, 1979. 137 p.

144. Tsoumis G. Microscopic measurement of the amount of cell wall substance in wood and its relationship to specific gravity /G. Tsoumis //Tappi J. 1964. - N47. - P.675-677.

145. Vaganov E.A. Using cell chronologies in seasonal tree growth analysis and dendroclimatology /Е.А. Vaganov, L.G. Vysotskaya, F.V. Shashkin //Tree-rings, Environment and Humanity. Eds. 1996. - P.95-106.

146. Vaganov E.A. Influence of snowfall and melt timing on tree growth in subarctic Eurasia /Е.А. Vaganov, M.K. Hughes, A.V. Kirdyanov, F.H. Schweingruber// Nature. 1999. - N 400. - P.149-151.

147. Vysotskaya L.G. Components of the variability of radial cell size in tree rings of conifers /L.G. Vysotskaya, E.A. Vaganov //JAWA Bull. 1989. - Vol. 10. - N 4. -P.417- 428.

148. Ward N.J. Effect of lead from motor-vehicle exhausts on trees along a major thoroughfare in Palmerston North, New Zealand /N.J. Ward, R.R. Brooks, R.D. Reeves //Environ. Pollut. 1974. - V.6. - P.149-158.

149. Watmough S.A. Monitoring historical changes in soil and atmospheric trace metal levels by dendrochemical analysis /S.A. Watmough //Environmental Pollution. -1999. -N 106.- P.391-403.

150. Wickern M. Blei im Eichenholz vom Autobahnrand /М. Wickern, S. W. Breckle //Ber. Deutsch. Bot. Ges. 1983. - B. 96. - S.343-350.

151. Wilpert K. Die Jahrringstruktur von Fichten in Abhngigkeit vom Bodenwasserhaushalt auf Pseudogley und Parabraunerde /К. Wilpert. Freibg. Bodenkd. Abh. Freiburg, 1990. - 243 p.

152. Wilpert K. Intraannual variation of radial tracheid diameters as monitor of site specific water stress /К. Wilpert // Dendrochronologia. 1991. - Vol. 9. - P.95-113.

153. Wolfgang Gindl. Cell-Wall Lignin content related to tracheid dimensions in drought-sensitive Austrian pine (Pinus nigra) /Gindl.Wolfgang //JAWA Journal. -2001.-Vol. 22(2)-P. 113-120.

154. Won-Kyu Park. Measuring maximum latewood density by image analysis at the cellular level Frank /Park. Won-Kyu, W. Telewski //Wood and Fiber Science. -1993. Vol. 25(4). - P.326-332.

155. Zielinski G.A. Record of volcanism since 7000 B.C from the GISP 2 Greenland ice core and implications for the volcano-climatic system /G.A. Zielinski, P.A. Mayewski, L.D. Meeker, S. Whitlow //Science. 1994. - N 264. - P.948-952.

Информация о работе

Силкин, Павел Павлович
доктора биологических наук
Красноярск, 2009
ВАК 03.00.02

Диссертация

Многопараметрический анализ структуры годичных колец в дендроэкологических исследованиях - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы