Ритмичность сезонной динамики апикального роста ствола и боковых ветвей Abies sibirica (Pinaceae) в Екатеринбурге

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

У деревьев пихты сибирской (Abies sibirica Ledeb.), произрастающих в Екатеринбурге, изучали сезонные изменения количественных характеристик апикального роста ствола и боковых ветвей разных ярусов кроны, включая их анализ, направленный на выявление признаков ритмичности роста, а также определение степени влияния температуры воздуха и осадков на динамику ростовых процессов. В динамике роста существуют четыре этапа продолжительностью 2–3 недели каждый. Установлено, что изменение скорости роста на интенсивном и дополнительном этапах происходит квазиритмично. Среднее количество наблюдаемых колебаний составляет 4 – у ствола и 4–5 – у ветвей и не зависит от изменений погодных условий. Период колебаний составляет 8–9 суток, что соответствует инфрадианным ритмам. Рост ствола начинается на одну неделю позже, чем боковых ветвей, и на этапе интенсивного роста обгоняет их по скорости. Побеги ветвей одного яруса кроны разделяются на две группы, отличающиеся по степени совпадения фаз колебаний у ветвей и ствола. Температура в большей, а количество осадков – в меньшей степени влияют на начало и продолжительность этапов роста и не влияют на количество колебаний. Ритмы роста ствола и ветвей имеют значительное сходство и связаны с эндогенной (генетической и гормональной) системой регуляции развития апикальной меристемы. Их существование объясняется наличием в тканях апикальной меристемы значительных по количеству клеток групп, у которых циклы «деление – растяжение» синхронны.

Об авторах

С. А. Шавнин

Ботанический сад УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sash@botgard.uran.ru
Россия, Екатеринбург

Д. Ю. Голиков

Ботанический сад УрО РАН

Email: sash@botgard.uran.ru
Россия, Екатеринбург

А. А. Монтиле

Ботанический сад УрО РАН

Email: org17@mail.ru
Россия, Екатеринбург

А. И. Монтиле

Ботанический сад УрО РАН

Email: sash@botgard.uran.ru
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Luttge U., Hertel B. 2009. Diurnal and annual rhythms in trees. — Trees. 23(4): 683–700. https://doi.org/10.1007/s00468-009-0324-1
  2. Жуковская Н. В., Быстрова Е. И., Лунькова Н. Ф., Иванов В. Б. 2020. Сравнительный анализ роста корней разных видов растений на клеточном уровне. — Физиология растений. 67(4): 369–377. https://doi.org/10.31857/S0015330320040211
  3. Ваганов Е. А., Шиятов С. Г. 2005. Дендроклиматические и дендроэкологические исследования в Северной Евразии. — Лесоведение. 4: 18–27. EDN: HSWNEP
  4. Rossi S., Rathgeber C. B. K., Deslauriers A. 2009 Comparing needle and shoot phenology with xylem development on three conifer species in Italy. — Ann. For. Sci. 66(2): 206. https://doi.org/10.1051/forest/2008088
  5. Moser L., Fonti P., Büntgen U., Esper J., Luterbacher J., Franzen J., Frank D. 2010. Timing and duration of European larch growing season along altitudinal gradients in the Swiss Alps. — Tree Physiol. 30(2): 225–233. https://doi.org/10.1093/treephys/tpp108
  6. Cuny H. E., Rathgeber C. B., Lebourgeois F., Fortin M., Fournier M. 2012. Life strategies in intra-annual dynamics of wood formation: example of three conifer species in a temperate forest in north-east France. — Tree Physiol. 32(5): 612–625. https://doi.org/10.1093/treephys/tps039
  7. Zhang Y., Jiang Y., Wen Y., Ding X., Wang B., Xu J. 2019. Comparing primary and secondary growth of co-occurring deciduous and evergreen conifers in an Alpine habitat. — Forests. 10(7): 574. https://doi.org/10.3390/f10070574
  8. Cook E. R., Kairiukstis L. A. 1990. Methods of Dendrochronology. Applications in the Environmental Sciences. Dordrecht. 394 p. http://dx.doi.org/10.1007/978-94-015-7879-0
  9. Schweingruber F. H., Aellen-Rumo K., Weber U., Wehrli U. 1990. Rhythmic growth fluctuations in forest trees of Central Europe and the Front Range in Colorado. — Trees. 4(2): 99–106. https://doi.org/10.1007/BF00226072
  10. Ваганов Е. А., Смирнов В. В., Терсков И. А. 1975. О возможности определения скорости сезонного роста ствола в толщину и изменений в водном режиме дерева по фотометрической кривой. — Экология. 2: 45–53.EDN: NDIQYD
  11. Ваганов Е. А., Шашкин А. В. 2000. Рост и структура годичных колец хвойных. Новосибирск: Наука. 232 с.
  12. Михалевская О. Б. 1987. Ритмичность процессов роста и морфогенеза побегов в роде Quercus L. — В кн.: Морфогенез и ритм развития высших растений. М.: Изд-во МГПИ. С. 33–38.
  13. Михалевская О. Б. 2008. Ритмы роста на разных этапах морфогенеза побега у древесных растений. — Онтогенез. 39(2): 85–93. http://ontogenez.org/archive/2008/2/Mihalevskaya_2008_2.pdf
  14. Herrmann S., Recht S., Boenn M., Feldhahn L., Angay O., Fleischmann F., Tarkka M. T., Grams T. E. E., Buscot F. 2015. Endogenous rhythmic growth in oak trees is regulated by internal clocks rather than resource availability. — J. Exp. Bot. 66(22): 7113–7127. https://doi.org/10.1093/jxb/erv408
  15. Hilton R. J., Khatamian H. 1973. Diurnal variation in elongation rates of roots of woody plants. — Can. J. Pl. Sci. 53(3): 699–700. https://doi.org/10.4141/cjps73-138
  16. Ding X., Jiang Y., Xue F., Zhang Y., Wang M., Kang M., Xu H. 2021. Intra-annual growth dynamics of Picea meyeri needles, shoots, and stems on Luya Mountain, North-central China. — Trees. 35(2): 637–648. https://doi.org/10.1007/s00468-020-02065-9
  17. Vince-Prue D., Clapham D., Ekberg I., Norell L. 2001. Circadian timekeeping for the photoperiodic control of budset in Picea abies (Norway spruce) seedlings. — Biol. Rhythm Res. 32(4): 479–487. https://doi.org/10.1076/brhm.32.4.479.1336
  18. Gyllenstrand N., Karlgren A., Clapham D., Holm K., Hall A., Gould P., Källman Th., Lagercrantz U. 2014. No time for spruce: rapid dampening of circadian rhythms in Picea abies (L. Karst). — Pl. Cell Physiol. 55(3): 535–550. https://doi.org/10.1093/pcp/pct199
  19. Lanner R. M. 2017. Primordium initiation drives tree growth. — Ann. For. Sci. 74: 11. https://doi.org/10.1007/s13595-016-0612-z
  20. Schiestl-Aalto P., Nikinmaa E., Mäkelä A. 2013.Duration of shoot elongation in Scots pine varies within the crown and between years. — Ann. Bot. 112(6): 1181–1191. https://doi.org/10.1093/aob/mct180
  21. Huang J. G., Deslauriers A., Rossi S. 2014. Xylem formation can be modeled statistically as a function of primary growth and cambium activity. — New Phytol. 203(3): 831–841. https://doi.org/10.1111/nph.12859
  22. Antonucci S., Rossi S., Deslauriers A., Lombardi F., Marchetti M., Tognetti R. 2015. Synchronisms and correlations of spring phenology between apical and lateral meristems in two boreal conifers. — Tree Physiol. 35(10): 1086–1094. https://doi.org/10.1093/treephys/tpv077
  23. Begum S., Nakaba S., Yamagishi Y., Oribe Y., Funada R. 2013.Regulation of cambial activity in relation to environmental conditions: understanding the role of temperature in wood formation of trees. — Physiol. Plant. 147(1): 46–54. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2012.01663.x
  24. Salminen H., Jalkanen R. 2007. Intra-annual height increment of Pinus sylvestris at high latitudes in Finland. — Tree Physiol. 27(9): 1347–1353. https://doi.org/10.1093/treephys/27.9.1347
  25. Aloni R. 2013.The role of hormones in controlling vascular differentiation. — In: Cellular aspects of wood formation. Plant Cell Monographs, 20. P. 99–139. https://doi.org/10.1007/978-3-642-36491-4_4
  26. Sundberg B., Uggla C. 1998. Origin and dynamics of indoleacetic acid under polar transport in Pinus sylvestris. — Physiol. Plant. 104(1): 22–29. https://doi.org/10.1034/j.1399-3054.1998.1040104.x
  27. Little C. H. A., MacDonald J. E. 2003. Effects of exogenous gibberellin and auxin on shoot elongation and vegetative bud development in seedlings of Pinus sylvestris and Picea glauca. — Tree Physiol. 23(2): 73–83. https://doi.org/10.1093/treephys/23.2.73
  28. MacDonald J. E., Little C. H. 2006. Foliar application of GA3 during terminal long-shoot bud development stimulates shoot apical meristem activity in Pinus sylvestris seedlings. — Tree Physiol. 26(10): 1271–1276. https://doi.org/10.1093/treephys/26.10.1271
  29. Jackson S. D. 2009. Plant responses to photoperiod. — New Phytol. 181(3): 517–531. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2008.02681.x
  30. Ren P., Rossi S., Gricar J., Liang E., Cufar K. 2015. Is precipitation a trigger for the onset of xylogenesis in Juniperus przewalskii on the north-eastern Tibetan Plateau? — Ann. Bot. 115(4): 629–639. https://doi.org/10.1093/aob/mcu259
  31. Zhang J., Gou X., Pederson N., Zhang F., Niu H., Zhao S., Wang F. 2018. Cambial phenology in Juniperus przewalskii along different altitudinal gradients in a cold and arid region. — Tree Physiol. 38(6): 840–852. https://doi.org/10.1093/treephys/tpx160
  32. Скупченко В. Б. 2019. Клеточный рост основной паренхимы стебля в морфогенезе побега Piceа abies (Pinaceae). — Раст. рес. 55(2): 195–212. https://doi.org/10.1134/S0033994619020092
  33. Афонин А. А., Зайцев С. А. 2016. Цикличность среднесуточного радиального прироста несущих побегов ивы белой (Salix alba L.) в условиях Брянского лесного массива. — Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 3: 66–76. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2016.3.66
  34. Афонин А. А. 2019a. Сезонная динамика нарастания побегов ивы корзиночной (Salix viminalis). — Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 4(28): 26–34. https://doi.org/10.21685/2307-9150-2019-4-3
  35. Афонин А. А. 2019b. Ритмичность линейного прироста однолетних побегов ивы трехтычинковой. — Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 1: 10–16. EDN: ZABIYXhttp://www.nauteh-journal.ru/index.php/3/2019/№1/80bc8b4e-f1ee-4e42-93a0-20d461002813?lang=ru_RU
  36. Афонин А. А. 2021. Эпигенетическая изменчивость структуры сезонной динамики развития побегов ивы трехтычинковой (Salix triandra, Salicaceae). — Вестник Оренбургского государственного педагогического университета. 2(38): 1–14. https://doi.org/10.32516/2303-9922.2021.38.1
  37. Шавнин С. А., Монтиле А. А., Семкина Л. А., Монтиле А. И. 2023. Сезонная динамика роста побегов у растений Forsythia ovata Nakai: ритмичность апикального и радиального роста. — Журнал общей биологии. 84(3): 229–240.https://doi.org/10.31857/S0044459623020057
  38. Шавнин С. А., Монтиле А. А., Тишкина Е. А., Епанчинцева О. В. 2023. Сезонная динамика и ритмичность роста побегов растений Salix ’Bullata’. — Аграрный вестник Урала. 23(12): 94–110. https://elibrary.ru/item.asp?id=56661423
  39. Shi B., Vernoux T. 2022. Hormonal control of cell identity and growth in the shoot apical meristem. — Cur. Op. Plant Biol. 65: 102111. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2021.102111
  40. Torres-Martínez H. H., Hernández-Herrera P., Corkidi G., Dubrovsky J. G. 2020.From one cell to many: Morphogenetic field of lateral root founder cells in Arabidopsis thaliana is built by gradual recruitment. — PNAS. 117: 20943–20949. https://doi.org/10.1073/pnas.2006387117
  41. Torres-Martínez H. H., Napsucialy-Mendivil S., Dubrovsky J. G. 2022. Cellular and molecular bases of lateral root initiation and morphogenesis. — Cur. Op. Plant Biol. 65: 102115. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2021.102115
  42. Srivastava L. M. 2002. Plant growth and development. Hormones and the environment. Oxford. 772 p.
  43. Xue Z., Liu L., Zhang C. 2020. Regulation of shoot apical meristem and axillary meristem development in plants. — Int. J. Mol. Sci. 21(8): 2917. https://doi.org/10.3390/ijms21082917
  44. Лутова Л. А., Ежова Т. А., Додуева И. Е., Осипова М. А. 2010. Генетика развития растений: для биологических специальностей университетов. 2-е изд. перераб. и доп. СПб.: Изд-во Н-Л. 432 с.
  45. Творогова В. Е., Осипова М. А., Додуева И. Е., Лутова Л. А. 2012. Взаимодействие транскрипционных факторов и фитогормонов в регуляции активности меристем у растений. — Экологическая генетика. 10(3): 28–40. https://elibrary.ru/item.asp?id=18844581
  46. Kuehny J. S., Miller W. B., Decoteau D. R. 1997. Changes in carbohydrate and nitrogen relationships during episodic growth of Ligustrum japinicum Thunb. — J. Am. Soc. Hort. Sci. 122(5): 634–641. https://doi.org/10.21273/jashs.122.5.634
  47. McCown B. H. 2000. Special symposium: In vitro plant recalcitrance. Recalcitrance of woody and herbaceous perennial plants: Dealing with genetic predeterminism. — In Vitro Cell. Den. Biol. Plant. 36(3): 149–154. https://doi.org/10.1007/s11627-000-0030-6
  48. Barthélémy D., Caraglio Y. 2007. Plant architecture: a dynamic, multilevel and comprehensive approach to plant form, structure and ontogeny. — Ann. Bot. 99(3): 375–407. https://doi.org/10.1093/aob/mcl260
  49. Smyth D. R., Bowman J. L., Meyerowitz E. M. 1990. Early flower development in Arabidopsis. — Plant Cell. 2(8): 755–67. PMID: 2152125; PMCID: PMC159928; https://doi.org/10.1105/tpc.2.8.755
  50. Kinoshita A., Vayssières A., Richter R., Sang Q., Roggen A., van Driel A. D., Smith R. S., Coupland G. 2020. Regulation of shoot meristem shape by photoperiodic signaling and phytohormones during floral induction of Arabidopsis. — eLife. 9: e60661. https://doi.org/10.7554/eLife.60661
  51. Уранов А. А. 1975. Возрастной спектр фитоценопопуляций как функция времени и энергетических волновых процессов. — Биологические науки. 2: 7–34.
  52. Юркевич И. Д., Голод Д. С., Ярошевич Э. П. 1980. Фенологические исследования древесных и травянистых растений (методическое пособие). Мн.: Наука и техника. 88 с.
  53. Desprez-Loustau Ml., Dupuis F. 1994. Variation in the phenology of shoot elongation between geographic provenances of maritime pine (Pinus pinaster) — implications for the synchrony with the phenology of the twisting rust fungus, Melampsora pinitorqua. — Ann. For. Sci. 51(6): 553–568. https://doi.org/10.1051/forest:19940602
  54. Молчанов А. А., Смирнов В. В. 1967. Методика изучения прироста древесных растений. М.: Наука. 95 с.
  55. Архив погоды в Екатеринбурге. https://rp5.ru/Погода_в_Екатеринбурге
  56. Скупченко В. Б. 2022. Морфогенез и рост вегетативного побега Pseudotsugamenziesii (Pinaceae), интродуцированной в Санкт-Петербурге. — Раст. рес. 58(1): 43–57. https://elibrary.ru/item.asp?id=48050563
  57. Медведев С. С., Шарова Е. И. 2014. Биология развития растений. Том 2. Рост и морфогенез. Учебник. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. Гос. ун-та. 235 с.
  58. Vernoux T., Besnard F., Godin C. 2021. What shoots can teach about theories of plant form. — Nat. Plants. 7(6): 716–724. https://doi.org/10.1038/s41477-021-00930-0
  59. Yang W., Cortijo S., Korsbo N., Roszak P., Schiessl K., Gurzadyan A., Wightman R., Jönsson H., Meyerowitz E. 2021. Molecular mechanism of cytokinin-activated cell division in Arabidopsis. — Science. 371(6536): 1350–1355. https://doi.org/10.1126/science.abe2305
  60. Ivanov V., Dubrovsky J. 1997. Estimation of the cell-cycle duration in the root apical meristem: a model of linkage between cell-cycle duration, rate of cell production, and rate of root growth. — Int. J. Plant Sci. 158(6): 757-763. https://doi.org/10.1086/297487

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024