КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
СО2-газообмен толстянковых на Севере (на примере
Rhodiola rosea L.)
Научные интересы: физиология и биохимия растений Большинство видов толстянковых обитает в теплых и засушливых областях и характеризуется типом метаболизма (Crassulacean Acid Metabolism — далее САМ), позволяющим экономно расходовать воду, запасенную в водоносных тканях. Низкие температуры, при которых повреждаются водоносные ткани и неэффективен САМ-фотосинтез, ограничивают распространение этой группы растений в высокие широты. На европейском Северо-Востоке сем. Толстянковые представлено двумя родами — Sedum и Rhodiola. Наибольший интерес вызывает Rhodiola rosea как редкий вид с сокращающейся численностью и ограниченным ареалом [2]. В настоящее время получена достаточно полная биоморфологическая характеристика растений в местах их произрастания и в культуре [3]. Однако сведения об эколого-физиологических особенностях R. rosea отсутствуют. Такие данные необходимы для оценки адаптационного потенциала и прогнозирования влияния климатических изменений на растения. В данной работе мы попытались изучить температурную и световую зависимость СО2-газообмена и определить пределы, оптимальные для фотосинтеза растений. Опыты проводили с растениями R. rosea уральского и арктического происхождения, выращиваемыми в подзоне средней тайги вблизи Сыктывкара. Детальные измерения фотосинтеза, проведенные в разные по тепло- и влагообеспеченности периоды, показали, что температурная кривая имела куполообразную форму с хорошо выраженным оптимумом. Зона оптимальных температур для видимого фотосинтеза (Фв) находилась в пределах 5-20 oС (рис. 1). В этом диапазоне скорость видимого поглощения СО2 листьев составляла 15-20 мг/дм2·ч. Фотосинтез резко снижался при температурах свыше 20 oС, прекращение Фв наблюдали при достижении 35-40 oС. Нижнюю температурную границу фотосинтеза не удалось определить, так как экспериментальная установка позволяла снизить температуру в камере только до 5 oС. Положительный газообмен листьев начинается при фотосинтетической активной радиации (ФАР) свыше 5-8 Вт·м2. В зоне оптимальных температур 15-20 oС (рис. 2) насыщение Фв светом происходит при 100-120 Вт·м2. При высоких значениях ФАР наблюдается заметное снижение скорости Фв. Сильное влияние на характер световой зависимости и скорость Фв при насыщающей освещенности оказывает супероптимальная температура. Определения скорости Фв листьев в разные часы суток показали, что наибольшие величины поглощения СО2 имели место в утреннее и вечернее время (рис. 3). В полуденные часы при максимальной освещенности и температуре выявили достоверное снижение Фв листьев. Прекращение положительного газообмена отмечали в 22 ч при значениях ФАР, близких к величине светового компенсационного пункта (5-10 Вт/м2). Растения R. rosea уральского и арктического происхождения при длительном выращивании в подзоне средней тайги достоверно не отличались по скорости Фв листьев. Максимальные значения Фв варьировали в пределах 20-25 мг СО2/дм2·ч. В доступной литературе мы не обнаружили газометрических сведений о скорости Фв для растений данного вида. Потенциальный фотосинтез близкородственного вида R. borealis, измеренный радиометрическим способом (по 14СО2) при насыщающей концентрации СО2, был в 4-5 раз интенсивней [1]. Зона температурного оптимума потенциального фотосинтеза R. borealis составляла 10-35 oС, а верхний температурный предел — 45 oС. В отличие от потенциального, видимый фотосинтез является результирующей нескольких взаимосвязанных процессов (истинного фотосинтеза, фото- и темнового дыхания) и его величина, в первом приближении, отражает баланс углерода листа на свету. Наши исследования показали, что листья R. rosea характеризуются сравнительно широкой зоной температурного оптимума Фв, смещенной в сторону умеренных и низких положительных температур, что свидетельствует о приспособленности растений к произрастанию в холодном климате. Диапазон оптимальных для Фв температур оставался довольно стабильным и мало зависел от погодных условий. Приведенные результаты подтверждают, что температурная зависимость фотосинтеза и положение температурного оптимума на кривой являются результатом длительного взаимодействия генотипа со средой. При оптимальных температурах световая кривая фотосинтеза листьев R. roseа имела высокий угол наклона начального участка. Это свидетельствует об эффективности Фв в области малых интенсивностей радиации, что характерно для теневыносливых растений. При супероптимальных температурах наклон начального участка кривой уменьшался вследствие увеличения скорости темнового дыхания. Температура сильно влияла на скорость Фв при насыщающей освещенности. Выявленные нами температурные и световые зависимости Фв хорошо проявились при изучении суточного хода. Повышение температуры среды до 25 oС приводило к полуденной депрессии фотосинтеза. По-видимому, снижение скорости Фв листьев происходило скорее из-за увеличения устьичного сопротивления, чем усиления темнового дыхания. Косвенно об этом можно судить по оводненности листьев, которая сохранялась на уровне не менее 87-89 % при различных термальных условиях и влагообеспеченности. Растения стремились избежать потери влаги, регулируя открытость устьиц, при действии высокой температуры и освещенности. Полученные данные позволяют заключить, что оптимальными для Фв листьев R. roseа являются умеренные и низкие положительные температуры. По отношению к освещенности ее можно отнести к группе светолюбивых растений с выраженными признаками теневыносливости. Благоприятными для фотосинтетической деятельности листьев являются утренние и вечерние часы, когда температура не превышает 20 oС, а освещенность составляет 100-150 Вт/м2 ФАР. Литература 1. Герасименко Т.В., Швецова В.М. Основные итоги эколого-физиологических исследований в Арктике // Эколого-физиологические исследования фотосинтеза и дыхания растений. Л.: Наука, 1989. С. 65-114. 2. Красная книга Республики Коми. М., 1998. 528 с. 3. Фролов Ю.М., Полетаева И.И. Родиола розовая на европейском Северо-Востоке. Екатеринбург, 1998. 190 с.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3674 посещений с 08.04.2002 |