ИССЛЕДОВАНИЕ ДЫХАНИЯ ВЕТВЕЙ И СТВОЛОВ КАРЕЛЬСКОЙ БЕРЕЗЫ И БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ

Виктор Константинович Болондинский; Людмила Матвеевна Виликайнен; Viktor Bolondinsky; Lyudmila Vilikainen

doi:10.17076/eb249

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЫХАНИЯ ВЕТВЕЙ И СТВОЛОВ КАРЕЛЬСКОЙ БЕРЕЗЫ И БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ

Виктор Константинович Болондинский, Людмила Матвеевна Виликайнен, Viktor Bolondinsky, Lyudmila Vilikainen

Аннотация

В ходе вегетации изучали дыхание стволов и ветвей двух форм деревьев Betula pendula Roth: обычной березы повислой (B. pendula var. pendula) и карельской березы (B. pendula var. carelica). Исследовались 4-6-летние деревья, а также 2-3-летние саженцы, выращенные в сосудах. Среди объектов карельской березы встречались как экземпляры без видимых отклонений от нормального роста, так и со структурными аномалиями ствола. Наряду с зависимостью от внешних факторов среды (в основном температуры) наблюдалась тесная связь дыхания с деятельностью камбия и ростом ствола в толщину. В период до камбиального роста (июнь) средние величины дыхания у ветвей и стволиков саженцев диаметром 10-14 мм составляли у березы повислой (БП) и карельской березы (БК) соответственно 4,6 и 5,3 мкмоль·м^-2·с^-1, во время камбиального роста (конец июня – первая половина августа) – 12,3 и 17,6 мкмоль·м^-2·с^-1и в период торможения роста (вторая половина августа – начало сентября) – 2,6 и 3,1 мкмоль·м^-2·с^-1. Наибольшие величины дыхания у БП и БК были зафиксированы в конце июля и составили соответственно 20 мкмоль·м^-2·с^-1 и 28 мкмоль·м^-2·с^-1, что превышало по абсолютной величине СО₂-газообмен листьев.

Примерно в 30% случаев дыхание БК было в 2 раза сильнее, чем дыхание БП. Превышение дыхания у БК по сравнению с БП связано прежде всего с более высокой метаболической активностью в камбиальной зоне у карельской березы и с большим количеством у нее живых дышащих тканей на единицу длины побега у одинаковых по толщине ветвей этих двух форм. Исследование толщины и объема коры ветвей БП и БК показало, что эти параметры у БК на 16-20% выше, чем у БП. Не обнаружено достоверных различий в дыхании ветвей у 6-летних деревьев карельской березы, уже имевших значительные утолщения ствола, и саженцев со слабо выраженными признаками отклонений от нормального роста. В редких случаях наблюдалось у березы повислой более высокое дыхание, чем у карельской березы. Проанализированы причины этого явления.

Ключевые слова

Betula L.; карельская береза; СО 2 -газообмен; дыхание ство- ла; зависимость от температуры; толщина коры

Полный текст:

PDF

Литература

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

Антонова Г. Ф., Стасова В. В. Образование и развитие трахеид при формировании годичного прироста древесины в стволах Larix sibirica (Pinaceae) // Бот. журнал. 1988. Т. 73, № 8. С. 1130-1140.

Астраханцева Н. В. Зависимость дыхания ствола сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) от анатомического строения и развития тканей флоэмы и ксилемы: автореф. дис. … канд. биол. наук. Красноярск, 2009. 28 с.

Болондинский В. К. Исследование зависимости фотосинтеза от интенсивности солнечной радиации, температуры и влажности воздуха у растений карельской березы и березы повислой // Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2010. № 2. С. 3–10.

Болондинский В. К., Виликайнен Л. М. Исследование световой зависимости фотосинтеза у саженцев березы в норме и в условиях почвенной засухи // Структурные и функциональные отклонения от нормального роста и развития растений под воздействием факторов среды. Петрозаводск, 2011. С. 38–42.

Ветчинникова Л. В., Титов А. Ф., Кузнецова Т. Ю. Карельская береза: биологические особенности, динамика ресурсов и воспроизводство / Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2013. 312 с.

Галибина Н. А., Новицкая Л. Л., Красавина М. С., Мощенская Ю. Л. Активность сахарозосинтазы в тканях ствола карельской березы в период камбиального роста // Физиология растений. 2015. Т. 62, № 3. C. 410. DOI: 10.7868/S0015330315030057

Гамалей Ю. В. Транспортная система сосудистых растений / Спб: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004, 2004. 424 с

Головко Т. К., Далькэ И. В., Табаленкова Г. Н., Гармаш Е. В. Дыхание растений приполярного Урала // Ботанический журнал. 2009. Т. 94, № 8. С. 1216-1226.

Забуга В. Ф., Забуга Г. А. Оценка затрат на дыхание ветвей Pinus silvestris (Pinaceae) по их радиальному росту // Ботанический журнал. 2005. Т. 90, № 12. С. 1867-1878.

Забуга Г. А. Эколого-физиологические аспекты продукционного процесса сосны обыкновенной в лесостепной зоне Предбайкалья: автореф. дис. ... докт. биол. наук. Иркутск, 2006. 381 с.

Масягина О. В., Прокушкин С. Г., Иванова Г. А. Влияние пожаров на интенсивность дыхания стволов сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.) // Хвойные бореальной зоны. 2007. Вып. XXIV. № 1. С. 82-91.

Меняйло Л. Н. Гормональная регуляция ксилогенеза хвойных / Новосибирск: Наука, 1987. 184 с.

Мокроносов А. Т. Участие экспортных продуктов фотосинтеза в СО2 газообмене надземных скелетных частей сосны (Pinus sylvestris L.) // Физиология растений. 2001. Т. 48, № 2. С. 172-176.

Новицкая Л. Л. Карельская береза: механизмы роста и развития структурных аномалий / Петрозаводск: изд-во «Verso», 2008. 143 с.

Семихатова О. А., Иванова Т. И., Кирпичникова О. В. Растения Севера: дыхание и его связь с продукционным процессом // Физиология растений. 2009. Т. 56, № 3. С. 340-350.

Сукачев В. Н. Определитель древесных пород / Л.: Гослестехиздат, 1940. 340 с.

Татаринов Ф. А., Молчанов А. Г., Курбатова Ю. А Роль погодных и эдафических условий в формировании дыхания стволов деревьев в еловых лесах на юго-западе валдайской возвышенности // Структурные и функциональные отклонения от нормального роста и развития растений под воздействием факторов среды. Петрозаводск, 2011. С. 346-351.

Цельникер Ю. Л., Малкина И. С., Ковалев А. Г., Чмора С. Н., Мамаев В. В., Молчанов А. Г. Рост и газообмен СО2 у лесных деревьев / М: Наука, 1993. 256 с.

Chung H. H., Barnes K. L. Photosynthate allocation in Pinus taeda. 1. Substrate requirements for synthesis of shoot biomass // Canad. J. Forest Res. 1977. Vol. 7. N 1. P. 106-111.

Edwards N. T., McLaughlin S. B. Temperature-independent diel variations of respiration rates in Quercus alba and Liliodendron tulpifera // Oicos. 1978. V. 31, N 2. P. 200-206.

Fang J., Wang X. Measurement of respiration amount of white birch (Betula platyphylla) population in the mountainous region of Beijing // Journal of environmental sciences. 1995. Vol. 7, N 4. P. 391-398.

Goulden M. L., Munger J. W., Fan S.-M., Daube B. C., Wofsy S. C. Measurements of carbon sequestration by longterm eddy covariance: methods and a critical evaluation of accuracy // Global Change Biol. 1996. Vol. 2. P. 169–182.

Kunstle E., Mitcherlich G. Photosynthese, Atmung und Transpiration in einem Mischbestand im Schwarzwald. 3. Atmug // Allgem. Forst- und Jagdztg. 1976. Bd. 147, N 9. S. 169-177.

Lavigne M. B. Comparing stem respiration and growth of jack pine provenances from northern and southern locations // Tree Physiology. 1996. № 16. P. 847-852.

Linder S., Troeng E. Photosynthesis and Transpiration of 20-years-old Scots Pine // Structure and Function of Northern Coniferous Forests. Ecological Bulletins (Stockholm). 1980. № 32. P. 165-181.

Matyssek R. Günthardt-Goerg M.S., Maurer S., Christ R. Tissue structure and respiration of stems of Betula pendula under contrasting ozone exposure and nutrition // Trees. 2002.Vol. 16. P. 375–385.

Negisi K. Respiration of forest trees // Primary product. Jap. Forests. Tokyo, 1977. Vol. 16. P. 86-99.

Negisi K. Bark respiration rate in stem segments detached from young Pinus densiflora trees in relation to velocity of artificial sap flow // J. Japan. Forest soc. 1979. Vol. 61, N 3. P. 88-93.

Negisi K. Diurnal and seasonal fluctuations in the stem bark respiration of standing Quercus myrsinaefolia tree // J. Japan. Forest soc. 1981. Vol. 63, N 7. P. 235-241.

Penning de Vries F. W. T. The cost of maintenance processes in plant cell // Ann. Hot. 1975. Vol. 3, N 1. P. 77-83.

Rothman D. H. Atmospheric carbon dioxide levels for the last 500 million years // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2002. Vol. 99, Nr. 7. P. 4167–4171.

Ryan M. G. The effect of climate change on plant respiration // Ecol. Appl. 1991. № 1. P. 157-167.

Ryan M. G., Waring R. H. Maintenance respiration and stand development in a subalpine lodgepole pine forest // Ecology. 1992. № 73. P. 2100-2108.

Teskey R. O., Saveyn A, Steppe K, McGuire M. A. Origin, fate and significance of CO2 in tree stems // New Phytologist. 2008. Vol. 177. P. 17–32.

Waring R. H., Schlesinger W. H. Forest ecosystems concepts and management / New York: Academic Press Inc., 1985. 340 p.

Wittmann C, Pfanz H, Loreto F, Centritto M, Pietrini F, Alessio G. Light-induced reduction of carbon release from branches of birch trees: corticular photosynthesis, photorespiration or inhibition of mitochondrial respiration? // Plant, Cell and Environment. 2006. Vol. 29. P. 1149–1158.

Wittmann C., Pfantz H. Temperature dependency of bark photosynthesis in beech (Fagus sylvatica L.) and birch (Betula pendula Roth.) trees // Journal of Experimental Botany. 2007. Vol. 58, N 15/16. P. 4293–4306. doi: 10.1093/jxb/erm313.

REFERENCES in ENGLISH

Antonova G. F., Shebeko V. V. Vliyanie vneshnej sredy na razvitie vtorichnoj kletochnoj stenki traheid sosny obyknovennoj [Effect of environment on the secondary cell wall development of Scots Pine tracheids]. Lesovedenie [Russ. J. Forest Sci.]. 1986. No 2. P. 72–76.

Antonova G. F., Stasova V. V. Obrazovanie i razvitie traheid pri formirovanii godichnogo prirosta drevesiny v stvolah Larix sibirica (Pinaceae) [Formation and development of the tracheids in the annual increment of wood in trunks of Larix sibirica (Pinaceae)]. Bot. Zhurnal [Bot. J.]. 1988. Vol. 73, No 8. P. 1130–1140.

Astrahanceva N. V. Zavisimost’ dyhaniya stvola sosny obyknovennoj (Pinus sylvestris L.) ot anatomicheskogo stroeniya i razvitiya tkanej flo`emy i ksilemy [Stem

respiration dependence in Scots Pine (Pinus sylvestris L.) on anatomical structure and tissue development in phloem and xylem]: PhD Diss. (Biol). Krasnoyarsk, 2009. 28 p.

Bolondinskij V. K., Vilikajnen L. M. Issledovanie svetovoj zavisimosti fotosinteza u sazhencev berezy v norme i v usloviyah pochvennoj zasuhi [Research of light dependence of photosynthesis in the birch seedlings in

normal condition and in conditions of soil drought].

Strukturnye i funkcional’nye otkloneniya ot normal’nogo

rosta i razvitiya rastenij pod vozdejstviem faktorov sredy

[Structural and functional deviations from normal growth

and development of plants under the influence of environmental factors]. Petrozavodsk, 2011. P. 38–42.

Bolondinskij V. K. Issledovanie zavisimosti fotosinteza ot intensivnosti solnechnoj radiacii, temperatury i vlazhnosti vozduha u rastenij karel’skoj berezy i berezy povisloj [Research of dependence of photosynthesis on the intensity of solar radiation, air temperature and humidity in Karelian (curly) and silver birch plants]. Trudy KarNC RAN [Transactions of KarRC of RAS]. 2010. No 2. P. 3–10.

Cel'niker Yu. L., Malkina I. S., Kovalev A. G., Chmora S. N., Mamaev V. V., Molchanov A. G. Rost i gazoobmen CO2

u lesnyh derev’ev [Growth and CO2 exchange in woody plants]. Moscow: Nauka, 1993. 256 p.

Galibina N. A., Novitskaya L. L., Krasavina M. S. Activity of sucrose synthase in trunk tissues of Karelian birch

during cambial growth. Russ. J. Plant Physiol. 2015.

Vol. 52. P. 381–389.

Gamalej Yu. V. Transportnaya sistema sosudistyh rastenij [Transport system of vascular plants]. St. Petersburg: SpbGU, 2004. 424 p.

Golovko T. K., Dal'k`e I. V., Tabalenkova G. N., Garmash E. V. Dyhanie rastenij Pripolyarnogo Urala [Respiration of plants of the Subpolar Urals]. Botanicheskij zhurnal [Bot. J.]. 2009. Vol. 94, No 8. P. 1216–1226.

Masyagina O. V., Prokushkin S. G., Ivanova G. A. Vliyanie pozharov na intensivnost' dyhaniya stvolov sosny obyknovennoj (Pinus silvestris L.) [Influence of fires on the intensity of respiration in Pinus silvestris L. trunks]. Hvojnye boreal’noj zony [Conifers of the boreal zone].

Iss. XXIV, No 1. P. 82–91.

Menyajlo L. N. Gormonal’naya regulyaciya ksilogeneza hvojnyh [Hormonal regulation of xylogenesis in conifers]. Novosibirsk: Nauka, 1987. 184 p.

Mokronosov A. T. Involvement of Exported Photosynthetic Products in the CO2 Exchange of the Skeletal Shoots of Pine (Pinus sylvestris L.). Russ. J. Plant Physiol. 2001. Vol. 48. P. 143–147.

Novickaya L. L. Karel’skaya bereza: mehanizmy rosta i razvitiya strukturnyh anomalij [Karelian birch: mechanisms of growth and development of structural abnormalities]. Petrozavodsk: Verso, 2008. 143 p.

Semikhatova O. A., Ivanova T. I., Kirpichnikova O. V.

Respiration rate of arctic plants as related to the production process. Rus. J. Plant Physiol. 2009. Vol. 56, No 3.

P. 306–315.

Sukachev V. N. Opredelitel’ drevesnyh porod [Guide to woody plants]. Leningrad: Goslestehizdat, 1940. 340 p.

Tatarinov F. A., Molchanov A. G., Kurbatova Yu. A.

Rol’ pogodnyh i `edaficheskih uslovij v formirovanii dyhaniya stvolov derev’ev v elovyh lesah na yugo-zapade

valdajskoj vozvyshennosti [The influence of weather and soil conditions on stem respiration in spruce forest at

south-west of Valdai hill]. Strukturnye i funkcional’nye

otkloneniya ot normal’nogo rosta i razvitiya rastenij pod vozdejstviem faktorov sredy [Structural and functional deviations from normal growth and development of plants under the influence of environmental factors]. Petrozavodsk, 2011. P. 346–351.

Vetchinnikova L. V., Titov A. F., Kuznecova T. Yu.

Karel’skaya bereza: biologicheskie osobennosti, dinamika resursov i vosproizvodstvo [Curly birch: biological characteristics, resource dynamics, and reproduction].

Petrozavodsk: KarRC of RAS, 2013. 312 p.

Zabuga G. A. Ekologo-fiziologicheskie aspekty

produkcionnogo processa sosny obyknovennoj v lesostepnoj zone Predbajkal’ya [Ecological and physiological aspects of the production process in Scots Pine in forest-steppe zone of PreBaikal area]: DSc Diss. (Biol.). Irkutsk, 2006. 44 p.

Zabuga V. F., Zabuga G. A. Ocenka zatrat na dyhanie vetvej Pinus silvestris (Pinaceae) po ih radial’nomu rostu [The estimation of respiratory expenses of Pinus silvestris (Pinaceae) branches by their radial growth]. Botanicheskij zhurnal [Bot. J.]. 2005. Vol. 90, No 12. P. 1867–1878.