Bulletin of Nizhnevartovsk State University

Вестник Нижневартовского государственного университета

2311-1402 2686-8784

110603

10.36906/2311-4444/25-1/04

Экология растений

Plant Ecology

Экология растений

Anatomical, morphological and biochemical characteristics of pinus sylvestris l. On the talc-magnezite deposit damps

Анатомо-морфологические и биохимические характеристики pinus sylvestris l. На отвалах месторождения тальк-магнезита

https://orcid.org/0000-0001-5517-0240

Чукина

Надежда Владимировна

Chukina

Nadezhda Vladimirovna

nady_dicusar@mail.ru

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

https://orcid.org/0000-0001-6425-6214

Лукина

Наталия Валентиновна

Lukina

Nataliya Valentinovna

natalia.lukina@urfu.ru

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

https://orcid.org/0000-0001-6937-0139

Филимонова

Елена Ивановна

Filimonova

Elena I.

Elena.Filimonova@urfu.ru

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

https://orcid.org/0000-0001-8258-270X

Глазырина

Маргарита Александровна

Glazyrina

Margarita A.

Margarita.Glazyrina@urfu.ru

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

https://orcid.org/0000-0002-7670-0084

Учаев

Антон Павлович

Uchaev

Anton P.

Anton.Uchaev@urfu.ru

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина Екатеринбург Россия Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin Yekaterinburg Russian Federation

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина ru Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin ru

25 03 2025

1 46 55 21 12 2024 06 02 2025

https://filvestnik.nvsu.ru/en/nauka/article/110603/view

Целью исследований было изучение анатомо-морфологических и биохимических характеристик Pinus sylvestris L., произрастающей на отвалах Шабровского месторождения тальк-магнезита и в естественном местообитании (Средний Урал) и выявление влияния на них свойств субстрата. Анатомо-морфологические параметры хвои изучали на поперечных срезах с использованием системы обработки изображений «SIAMS Mesoplant». Содержание низкомолекулярных антиоксидантов, а также уровень перекисного окисления липидов (ПОЛ) в хвое исследовали стандартными спектрофотометрическими методами. Показано, что у P. sylvestris в техногенных условиях происходило уменьшение высоты, годичного прироста, диаметра ствола деревьев, а также длины хвои. В хвое P. sylvestris отмечено уменьшение площади поперечного сечения, центрального цилиндра, мезофилла, числа смоляных ходов. Выявлено, что в хвое P. sylvestris в условиях отвалов происходило усиление накопления продуктов ПОЛ, свободного пролина, фенольных соединений и в том числе флавоноидов, а также уменьшение накопления азота и фосфора по сравнению с контрольными растениями из естественного лесного фитоценоза. Показано, что на анатомо-морфологические параметры P. sylvestris большое влияние оказывали такие свойства субстратов, как содержание углерода, гигровлаги и рН. Увеличение синтеза в хвое пролина, фенолов, флавоноидов и продуктов ПОЛ было связано с пониженными значениями гигроскопической влаги в субстратах отвалов.

The aim of the research was to study the anatomical, morphological and biochemical characteristics of Pinus sylvestris L. growing on the dumps of the Shabrovsky talc-magnesite deposit and in its natural habitat (Middle Urals) and to identify the substrate influence on plants features. The anatomical and morphological parameters of the needles were studied on cross sections using the «SIAMS Mesoplant» image processing system. The content of low-molecular antioxidants, as well as the level of lipid peroxidation (POL) in the needles were studied using standard spectrophotometric methods. Under technogenic conditions a reduction of height, annual growth of shoots and the tree trunk diameter, as well as the length of the needles were shown. In the needles of P. sylvestris, a decrease in the cross-sectional area, central cylinder, mesophyll, and the number of resin ducts also was noted. It was revealed that in needles of trees under waste dump conditions there were an increase POL level, at the same time, the synthesis of low-molecular antioxidants (proline, phenolic compounds, including flavonoids) has been activated, the total phosphorus and nitrogen content in the needls were significantly lower compared to the control plants from the natural forest phytocoenosis. It was shown that the anatomical and morphological parameters of P. sylvestris were greatly influenced by such substrates properties as the total carbon content, hygroscopic moisture, and pH. The increase of the synthesis of proline, phenols, including flavonoids, and POL products in the needles were associated with reduced values of hygroscopic moisture in the waste dump substrates.

сосна обыкновенная анатомо-морфологическое строение адаптивные реакции антиоксиданты промышленные отвалы

Scots pine anatomical and morphological structure adaptive reactions antioxidants industrial waste dumps

Министерство науки и высшего образования РФ (FEUZ-2023-0019).

Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (FEUZ-2023-0019).

Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. Москва: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.

Arinushkina, E.V. (1970). Rukovodstvo po himicheskomu analizu pochv. Moskva: Izd-vo MGU (in Russ.).

Борисова Г.Г., Чукина Н.В., Киселева И.С., Малева М.Г. Биохимия. Практикум: учеб.-метод. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2017. 116 с.

Borisova, G.G., Chukina, N.V., Kiseleva, I.S., & Maleva, M.G. (2017). Biohimiya. Praktikum: ucheb.-metod. posobie. Ekaterinburg: Izd-vo Ural. un-ta (in Russ.).

Калинкина Л.Г., Назаренко Л.В., Гордеева Е.Е. Модифицированный метод выделения свободных аминокислот для определения на аминокислотном анализаторе // Физиология растений. 1990. Т. 37, № 3. С. 617-621.

Kalinkina, L.G., Nazarenko, L.V., & Gordeeva, E.E. (1990). Modificirovannyy metod vydeleniya svobodnyh aminokislot dlya opredeleniya na aminokislotnom analizatore. Fiziologiya rasteniy, (37, 3), 617-621. (in Russ.).

Капелькина Л.П. Самозарастание и рекультивация нарушенных земель на месторождениях севера России // Экологические проблемы северных регионов и пути их решения: Материалы V Всероссийской научной конференции с международным участием, 2014. Апатиты: КНЦ РАН, 2014. С. 17-21.

Kapelkina, L.P. (2014). Samozarastanie i rekultivaciya narushennyh zemel na mestorojdeniyah severa Rossii. In E´kologicheskie problemy severnyh regionov i puti ih resheniya: Materialy V Vserossiyskoy nauchnoy konferencii s mejdunarodnym uchastiem (ss. 17-21). Apatity: KNC RAN. (in Russ.).

Колясникова Н.Л., Карнажицкая Т.Д., Паршакова К.А. Влияние аэротехногенного загрязнения на морфологические и эмбриологические признаки сосны обыкновенной // Вестник Удмуртского университета. Серия «Биология. Науки о Земле». 2011. № 2. С. 31-35.

Kolyasnikova, N.L., Karnajiczkaya, T.D., & Parshakova, K.A. (2011). Vliyanie ae´rotehnogennogo zagryazneniya na morfologicheskie i e´mbriologicheskie priznaki sosny obyknovennoy. Vestnik Udmurtskogo universiteta. Seriya «Biologiya. Nauki o Zemle», (2), 31-35. (in Russ.).

Кузнецова Н.Ф., Клушевская Е.С. Смена жизненного состояния как способ выживания Pinus sylvestris L. на техногенно загрязненной территории // Принципы экологии: научный электронный журнал. 2020. № 2. С. 40-47.

Kuznecova, N.F., & Klushevskaya, E.S. (2020). Smena jiznennogo sostoyaniya kak sposob vyjivaniya Pinus sylvestris L. na tehnogenno zagryaznennoy territorii. Principy e´kologii: nauchnyy e´lektronnyy jurnal, (2), 40-47. (in Russ.).

Лукина Н.В., Чукина Н.В., Филимонова Е.И., Глазырина М.А., Учаев А.П., Борисова Г.Г. Морфофизиологические особенности Pinus sylvestris L. в искусственных насаждениях на дражном отвале после золотодобычи // Лесохозяйственная информация. 2022. № 3. С. 145-157. https://doi.org/10.24419/LHI.2304-3083.2022.3.13.

Lukina, N.V., Chukina, N.V., Filimonova, E.I., Glazyrina, M.A., Uchaev, A.P., & Borisova, G.G. (2022). Morfofiziologicheskie osobennosti Pinus sylvestris L. v iskusstvennyh nasajdeniyah na drajnom otvale posle zolotodobychi. Lesohozyaystvennaya informaciya, (3), 145-157. (in Russ.). https://doi.org/10.24419/LHI.2304-3083.2022.3.13.

Мамаев С.А. Виды хвойных на Урале и их использование в озеленении. Свердловск: Уральский Научный Центр АН СССР, 1983. 109 с.

Mamaev, S.A. (1983). Vidy hvoynyh na Urale i ih ispolzovanie v ozelenenii. Sverdlovsk: Uralskiy Nauchnyy Centr AN SSSR (in Russ.).

Махонина Г.И. Экологические аспекты почвообразования в техногенных экосистемах Урала. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2003. 355 с.

Mahonina, G.I. (2003). E´kologicheskie aspekty pochvoobrazovaniya v tehnogennyh ekosistemah Urala. Ekaterinburg: Izd-vo Ural. un-ta (in Russ.).

10.

Поздняков А.И. Электрические параметры почв и почвообразование // Почвоведение. 2008. № 10. С. 1188-1197.

Pozdnyakov, A.I. (2008). E´lektricheskie parametry pochv i pochvoobrazovanie. Pochvovedenie, (10), 1188-1197. (in Russ.).

11.

Самусик Е.А., Марчик Т.П., Головатый С.Е. Интенсивность окислительных процессов и активность антиоксидантной системы в листьях древесных растений, произрастающих в условиях техногенного загрязнения // Социально-экологические технологии. 2022. Т. 12, № 4. С. 418-438. https://doi.org/10.31862/2500-2961-2022-12-4-418-438.

Samusik, E.A., Marchik, T.P., & Golovatyy, S.E. (2022). Intensivnost okislitelnyh processov i aktivnost antioksidantnoy sistemy v listyah drevesnyh rasteniy, proizrastauschih v usloviyah tehnogennogo zagryazneniya. Socialno-e´kologicheskie tehnologii, (12, 4), 418-438. (in Russ.).

12.

Стасова В.В., Скрипальщикова Л.Н., Астраханцева Н.В., Барченков А.П. Морфолого-анатомические характеристики и пигментный состав хвои сосны обыкновенной в зеленых насаждениях г. Красноярска // Сибирский лесной журнал. 2022. № 2. С. 3-10. https://doi.org/10.15372/SJFS20220201.

Stasova, V.V., Skripalschikova, L.N., Astrahanceva, N.V., & Barchenkov, A.P. (2022). Morfologo-anatomicheskie harakteristiki i pigmentnyy sostav hvoi sosny obyknovennoy v zelenyh nasajdeniyah g. Krasnoyarska. Sibirskiy lesnoy jurnal, (2), 3-10. (in Russ.). https://doi.org/10.15372/SJFS20220201.

13.

Тужилкина В.В. Влияние аэротехногенного загрязнения целлюлозно-бумажного производства на пигментный комплекс сосны обыкновенной // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 1. С. 90-96. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-1-090-096.

Tujilkina, V.V. (2021). Vliyanie ae´rotehnogennogo zagryazneniya cellulozno-bumajnogo proizvodstva na pigmentnyy kompleks sosny obyknovennoy. Teoreticheskaya i prikladnaya e´kologiya, (1), 90-96. (in Russ.). https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-1-090-096.

14.

Уразгильдин Р.В., Кулагин А.Ю. Техногенез и структурно-функциональные реакции древесных видов: повреждения, адаптации, стратегии. Ч 1. Влияние на макро- и микроморфологию ассимиляционного аппарата // Биосфера. 2021. Т. 13, № 3. С. 86–100.

Urazgildin, R.V., & Kulagin, A.Yu. (2021). Tehnogenez i strukturno-funkcionalnye reakcii drevesnyh vidov: povrejdeniya, adaptacii, strategii. Vliyanie na makro- i mikromorfologiyu assimilyacionnogo apparata (Ch. 1). Biosfera, 13(3), 86–100. (in Russ.).

15.

Федотов В.И. Техногенные ландшафты – теория, региональные структуры, практика. Воронеж: Изд-во Воронежского гос. ун-та, 1985. 186 c.

Fedotov, V.I. (1985). Tehnogennye landshafty – teoriya, regionalnye struktury, praktika. Voronej: Izd-vo Voronejskogo gos. un-ta (in Russ.).

16.

Цандекова О.Л. Оценка состояния Pinus sylvestris (Pinaceae) и Betula pendula (Betulaceae) по некоторым биохимическим показателям в условиях породного отвала угледобывающей промышленности // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2017. № 2(148). С. 70-76.

Candekova, O.L. (2017). Ocenka sostoyaniya Pinus sylvestris (Pinaceae) i Betula pendula (Betulaceae) po nekotorym biohimicheskim pokazatelyam v usloviyah porodnogo otvala ugledobyvauschhey promyshlennosti. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, (2; 148), 70-76. (in Russ.).

17.

Чукина Н.В., Глазырина М.А., Лукина Н.В. Анатомо-морфологические особенности строения листа Chimaphila umbellata на промышленных отвалах (Средний Урал) // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2024. № 2(66). С. 49-60. https://doi.org/10.36906/2311-4444/24-2/05.

Chukina, N.V., Glazyrina, M.A., & Lukina, N.V. Anatomo-morfologicheskie osobennosti stroeniya lista Chimaphila umbellata na promyshlennyh otvalah (Sredniy Ural). Vestnik Nijnevartovskogo gosudarstvennogo universiteta, (2 (66)), 49-60. (in Russ.). https://doi.org/10.36906/2311-4444/24-2/05.

18.

Шакиров А.В. Физико-географическое районирование Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 2011. 617 с.

Shakirov, A.V. (2011). Fiziko-geograficheskoe rajonirovanie Urala. Ekaterinburg: UrO RAN. (in Russ.).

19.

Шаяхметова Р.И. Сосна обыкновенная как биоиндикатор в условиях ХМАО // Культура, наука, образование, проблемы и перспективы: Материалы VI Всероссийской научно-практической конференции (Нижневартовск, 12–13 февраля 2015 г.). Нижневартовск: Нижневартовский гос. ун-т, 2015. С. 69-71.

Shayahmetova, R.I. (2015). Sosna obyknovennaya kak bioindikator v usloviyah HMAO. In Kultura, nauka, obrazovanie, problemy i perspektivy: Materialy VI Vserossiyskoy nauchno-y6prakticheskoy konferencii (Nijnevartovsk, 12–13 fevralya 2015 g.) (ss. 69-71). Nijnevartovsk: Nijnevartovskiy gos. un-t. (in Russ.).

20.

Якимов Н.И., Соколовский И.В., Цай В.В. Содержание элементов питания в сеянцах сосны с закрытой корневой системой в зависимости от дозы и сроков внесения минеральных удобрений // Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия 1. Лесное хозяйство. 2005. № 13. С. 113-115.

Yakimov, N.I., Sokolovskiy, I.V., & Cay, V.V. (2005). Soderjanie e´lementov pitaniya v seyancah sosny s zakrytoy kornevoy sistemoy v zavisimosti ot dozy i srokov vneseniya mineralnyh udobreniy. Trudy Belorusskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta. Seriya 1. Lesnoe hozyaystvo, (13), 113-115. (in Russ.).

21.

Яковченко М.А., Баумгартэн М.И., Дремова М.С., Кондратенко Е.П., Филипович Л.А. Воспроизводство плодородия почв: исследование физико-химических параметров субстратов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2011. № 4. С. 48-50.

Yakovchenko, M.A., Baumgarte´n, M.I., Dremova, M.S., Kondratenko, E.P., & Filipovich, L.A. (2011). Vosproizvodstvo plodorodiya pochv: issledovanie fiziko-himicheskih parametrov substratov. Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, (4), 48-50. (in Russ.).

22.

Ahmad P., Jaleel C.A., Salem M.A., Nabi G., Sharma S. Roles of enzymatic and nonenzymatic antioxidants in plants during abiotic stress // Critical Reviews in Biotechnology. 2010. V. 30, № 3. P. 161-175. https://doi.org/10.3109/07388550903524243.

Ahmad, P., Jaleel, C.A., Salem, M.A., Nabi, G., & Sharma, S. (2010). Roles of enzymatic and nonenzymatic antioxidants in plants during abiotic stress. Critical Reviews in Biotechnology, (30, 3), 161-175. https://doi.org/10.3109/07388550903524243.

23.

Chang C., Yang M., Wen H., Chern J. Estimation of Total Flavonoid Content in Propolis by Two Complementary Colorimetric Methods // Journal of Food Drug Analysis. 2002. V. 10. P. 178-182.

Chang, C., Yang, M., Wen, H., & Chern, J. (2002). Estimation of Total Flavonoid Content in Propolis by Two Complementary Colorimetric Methods. Journal of Food Drug Analysis, (10), 178-182. https://doi.org/10.38212/2224-6614.2748.

24.

Kalugina O.V., Afanasyeva L.V., Mikhailova T.A. Anatomical and morphological changes in Pinus sylvestris and Larix sibirica needles under impact of emissions from a large aluminum enterprise // Ecotoxicology. 2024. V. 33. P. 66-84. https://doi.org/10.1007/s10646-023-02723-x.

Kalugina, O.V., Afanasyeva, L.V., & Mikhailova, T.A. (2024). Anatomical and morphological changes in Pinus sylvestris and Larix sibirica needles under impact of emissions from a large aluminum enterprise. Ecotoxicology, (33), 66-84. https://doi.org/10.1007/s10646-023-02723-x.

25.

Kandziora-Ciupa M., Ciepał R., Nadgórska-Socha A., Barczyk G. Accumulation of heavy metals and antioxidant responses in Pinus sylvestris L. needles in polluted and non-polluted sites // Ecotoxicology. 2016. V. 25. P. 970-981.

Kandziora-Ciupa, M., Ciepał, R., Nadgórska-Socha, A., & Barczyk, G. (2016). Accumulation of heavy metals and antioxidant responses in Pinus sylvestris L. needles in polluted and non-polluted sites. Ecotoxicology, (25), 970-981.

26.

Mittler R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance // Trends Plant Sci. 2002. V. 7(9). P. 405-410. https://doi.org/10.1016/s1360-1385(02)02312-9.

Mittler, R. (2002). Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends Plant Sci., (7, 9), 405-410. https://doi.org/10.1016/s1360-1385(02)02312-9.

27.

Singleton V.L., Orthofer R., Lamuela-Raventós R.M. Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of folin-ciocalteu reagent // Methods in enzymology. 1999. V. 299. P. 152-178. https://doi.org/10.1016/S0076-6879(99)99017-1.

Singleton, V.L., Orthofer, R., & Lamuela-Raventós, R.M. (1999). Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of folin-ciocalteu reagent. Methods in enzymology, (299), 152-178. https://doi.org/10.1016/S0076-6879(99)99017-1.

28.

Pietrzykowski M., Woś B., Haus N. Scots pine needles macronutrient (N, P, K, CA, MG, and S) supply at different reclaimed mine soil substrates – as an indicator of the stability of developed forest ecosystems // Environmental Monitoring and Assessment. 2013. V. 185. P. 7445-7457. https://doi.org/10.1007/s10661-013-3111-9.

Pietrzykowski, M., Woś, B., & Haus, N. (2013). Scots pine needles macronutrient (N, P, K, CA, MG, and S) supply at different reclaimed mine soil substrates – as an indicator of the stability of developed forest ecosystems. Environmental Monitoring and Assessment, (185), 7445-7457. https://doi.org/10.1007/s10661-013-3111-9.

29.

Uchiyama M., Mihara M. Determination of malonaldehyde precursor in tissues by thiobarbituric acid test // Anal. Biochem. 1978. V. 86, 1. P. 287-297. https://doi.org/10.1016/0003-2697(78)90342-1.

Uchiyama, M., Mihara, M. (1978). Determination of malonaldehyde precursor in tissues by thiobarbituric acid test. Anal. Biochem, (86, 1), 287-297. https://doi.org/10.1016/0003-2697(78)90342-1.