Адаптивные особенности анатомии листа и содержание пигментов степных растений Восточного Забайкалья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат биологических наук Мункуева, Баярма Дмитриевна

• Мункуева, Баярма Дмитриевна
• кандидат биологических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Мункуева, Баярма Дмитриевна

специальность 03.00.16. - Экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

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

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

Улан-Удэ

Содержание

Введение.

Глава I. Эколого-географическая характеристика района исследования

1.1. Рельеф.

1.2. Климат.—.

1.3. Почвенный покров.

1.4. Растительный покров.

Глава II. Объекты и методы исследований

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

Глава III. Анатомическая структура листа растений Восточного Забайкалья

3.1. С остояние изученности вопроса.

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

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

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

4.1. Состояние изученности вопроса.

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

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

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

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

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

5.1. Состояние изученности вопроса.

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

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

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

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

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

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Адаптивные особенности анатомии листа и содержание пигментов степных растений Восточного Забайкалья»

Актуальность исследования

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

Цель и задачи исследования

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

В связи с этим были поставлены следующие задачи: 5

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

2.Изучить дневную динамику содержания хлорофилла в листьях растений.

3.Изучить сезонную динамику содержания хлорофилла в листьях растений.

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

Защищаемые положения

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

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

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

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

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

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

Апробация работы.

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

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

Структура и объем диссертации.

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

Заключение диссертации по теме «Экология», Мункуева, Баярма Дмитриевна

Выводы

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

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

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

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

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

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

134 что свидетельствует об их широком потенциале адаптационных возможностей.

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

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

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

135

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Мункуева, Баярма Дмитриевна, 2002 год

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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