Проблемы физиологии растений и фотосинтеза

1. Впервые на функциональном уровне выявлены адаптивные свойства, обеспечивающие произрастание трех редких видов неморальных травянистых растений в подзоне средней тайги. Установлено, что на северной границе ареала сформировались выраженные метаболические экотипы Ajuga reptans, Pulmonaria obscura, Asarum europaeum, способные произрастать при пониженных температурах, эффективно используя короткий вегетационный период, бедные почвы и микроклимат. Сделано заключение о значении физиологической пластичности для выживания реликтовых видов неморального флористического комплекса на Севере. Дан прогноз о возможных эффектах ожидаемых глобальных изменений климата на данные виды. (ИБ Коми НЦ УрО РАН 4.1.7, 4.1.14).

Аннотация
Впервые на основании изучения роста, СО2-газообмена и метаболических свойств трех видов неморальных трав (живучка ползучая, медуница неясная, копытень европейский) выявлены морфофизиологические адаптации, обусловленные произрастанием в средней тайге. Установлено, что на северной границе ареала сформировались экотипы, у которых диапазон оптимальных для фотосинтеза и роста условий сдвинут в зону более низкой температуры и освещенности по сравнению с центром ареала. Растения северного экотипа способны к максимальному фотосинтезу при пониженной температуре (8-15оС) и ФАР (50 Вт/м2). Супероптимальные температуры (25-30оС) подавляли видимый фотосинтез, при этом скорость темнового дыхания либо изменялась незначительно (A. reptans), либо возрастала (A.europaeum). Отмечено накопление низкомолекулярных углеводов и свободных аминокислот, имеющих защитно-приспособительное значение при низкотемпературных стрессах. Сделано заключение, что при пониженном уровне метаболической активности высокая теневыносливость и физиологическая пластичность обеспечивают произрастание и выживание исследованных видов на северной границе ареала. Анализ связи растение-среда на функциональном уровне дает основание полагать, что ожидаемое глобальное потепление климата и повышение концентрации СО2 в атмосфере благоприятны для фотосинтеза, роста и развития неморальных трав и могут способствовать продвижению границы их ареала на Север. (Асп. О. В. Дымова, зав. лаб., д.б.н. Т. К. Головко).
   
2. На основе сравнительного изучения морфофизиологических характеристик фотосинтетического аппарата растений Ajuga reptans L., произрастающих в природных условиях под пологом леса и выращиваемых на открытой делянке доказано, что свойства теневыносливости закреплены в генотипе и имеется слабая связь между способностью выживать в тени и достигать высокой фотосинтетической способности на свету. (ИБ Коми НЦ УрО РАН 4.1.7, 4.1.14).

Аннотация
Исследовали характеристики фотосинтетического аппарата растений Ajuga reptans L., произрастающих под пологом леса и выращенных на открытой делянке. Затененные растения формировали листья с низкой (в 2,5 раза) удельной поверхностной плотностью и повышенным (в 1,3 раза) содержанием хлорофиллов. Соотношение хлорофиллов a/b варьировало в пределах 2.2-2.8 и 2.5-3.2, а на долю светособирающего комплекса приходилось 57-69 и 53-52% хлорофиллов листьев затененных и хорошо освещенных растений соответственно. Листья растений существенно не отличались по максимальной скорости фотосинтеза (3-5 мг СО2/(дм2ч)) и скорости фотосинтеза при радиации приспособления (ИРП) (1.8 мг СО2/(дм2ч)). Величины ИРП (5-10 Вт/м2) и светового компенсационного пункта (1-3 Вт/м2) были достоверно ниже у затененных растений. В целом морфофизиологические параметры фотосинтетического аппарата изменялись в довольно узком пределе, характеризуя Ajuga reptans L. как теневыносливое растение. Заключили, что свойства теневыносливости закреплены в генотипе и имеется слабая связь между способностью выживать в тени и достигать высокой фотосинтетической активности на свету. (Зав. лаб., д.б.н. Т.К.Головко, асп. О. В. Дымова).

3. Разработана концепция о наиболее общих физиологических реакциях, свойственных культурным растениям в холодном климате. Определены физиологические основы оптимизации генотипов для условий Севера (ИБ Коми НЦ УрО РАН 4.1.7, 4.1.14).

Аннотация
В результате обобщения данных многолетних исследований сделано заключение о том, что культурным растениям на Севере свойственны: 1) широкий диапазон варьирования скорости СО2-газообмена при изменении температурных и световых условий; 2) сравнительно низкий (10-20оС) температурный оптимум фотосинтеза; 3) повышенное содержание фотосинтетических пигментов, входящих в светособирающий комплекс; 4) продолжительный рост листовой поверхности и увеличение дыхательной цены ее формирования и поддержания; 5) распределение значительной части ассимилятов в вегетативные органы; 6) повышенная активность гиббереллинов, способствующих гипертрофированному росту вегетативной сферы и замедляющих переход к репродукции; 7) снижение интенсивности биосинтезов, сдвиг метаболизма в сторону уменьшения накопления высокомолекулярных азотистых и фосфорорганических соединений - компонентов энергетического обмена. Познание общих закономерностей физиологических реакций культурных растений на Севере позволяет определить направления их физиологического улучшения. Оптимизированные к условиям Севера культуры должны отличаться мощным фотосинтетическим аппаратом, быстрым ростом, ранним переходом к формированию репродуктивных и запасающих органов, усиленным распределением в них ассимилятов, способностью поддерживать высокую метаболическую активность при умеренных и пониженных температурах. (Зав. лаб., д.б.н. Т. К. Головко, с.н.с. Г. Н. Табаленкова, с.н.с. В. М. Швецова, н.с. С. В. Куренкова).