Pakharkova N. V., Masentsova I. V., Gette I. G., Pozdnyakova E. E., Kalabina A. A. Features of the Photosynthetic Apparatus of Siberian Pine Needles During the Period of Emerging from the State of Winter Dormancy
Prospekt Svobodny, 79, Krasnoyarsk, 660041 Russian Federation
E-mail: npakharkova@sfu-kras.ru, irina.masentsova@yandex.ru, igette@sfu-kras.ru,
Abstract
UDC 574*23+574*24
How to cite: Pakharkova N. V., Masentsova I. V., Gette I. G., Pozdnyakova E. E., Kalabina A. A. Features of the photosynthetic apparatus of Siberian pine needles during the period of emerging from the state of winter dormancy in the conditions of the high-altitude zone of the Western Sayan // Sibirskij Lesnoj Zurnal (Sib. J. For. Sci.). 2024. N. 2. P. 41–49 (in Russian with English abstract and references).
DOI: 10.15372/SJFS20240205
EDN: …
© Pakharkova N. V., Masentsova I. V., Gette I. G., Pozdnyakova E. E., Kalabina A. A., 2024
Due to climate change, many species of coniferous trees, which are the main forest formers of the forests of Western and Eastern Siberia, have shifts in both latitudinal and altitudinal boundaries of the range. This study is devoted to determining the features of photosynthetic activity and pigment composition of Siberian pine needles growing in the area of the Ergaki ridge of the Western Sayan, during the period of recovery from the state of winter dormancy. Young Siberian pine trees (Pinus sibirica Du Tour) growing at different heights above sea level were taken as objects of research. In the area of Lake Oyskoe on the territory of the Ergaki Nature Park in the spring of 2023, a transect with four test areas was laid, crossing the timberline during the transition from the mountain taiga to the rocky-tundra area. Single specimens of Pinus sibirica, spread above the timberline, have a number of ecophysiological features that allow them to survive in fairly harsh conditions. Such features include a greater depth of winter dormancy, when trees in the phase of forced dormancy react more slowly to temperature increases, compared with trees growing below the timberline. For them, apparently, winter-spring thaws will not pose a danger. Strong insolation at low temperatures, characteristic of open mountain slopes in late winter and spring, is also not critically dangerous for the advancement of Siberian pine above the timberline, due to the predominance of carotenoids in the pigment complex of their needles during this period.
Article
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)
Алексеев Г. В. Проявление и усиление глобального потепления в Арктике // Фунд. и прикл. климатол. 2015 № 1. С. 11–26 [Alekseev G. V. Proyavlenie i usilenie global'nogo potepleniya v Arktike (Development and amplification of global warming in the Arctic) // Fund. i prikl. klimatol. (Fundament. & Appl. Climatol.). 2015 № 1. P. 11–26 (in Russian with English summary)].
Бендер О. Г., Зотикова А. П., Велисевич С. Н. Особенности водного обмена и состояния пигментного комплекса хвои кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour) в горах Северо-Восточного Алтая // Вестн. Том. гос. ун-та. Биол. 2009. № 3 (7). С. 63–72 [Bender O. G., Zotikova A. P., Velisevich S. N. Osobennosti vodnogo obmena i sostoyaniya pigmentnogo kompleksa khvoi kedra sibirskogo (Pinus sibirica Du Tour) v gorakh Severo-Vostochnogo Altaya (Water relation features and pigment complex state of Pinus sibirica Du Tour needles in the North-East Altai Mountains) // Vestn. Tom. gos. un-ta. Biol. (Bull. Tomsk St. Univ. Biol.). 2009. N. 3 (7). P. 63–72 (in Russian with English abstract)].
Бендер О. Г., Горошкевич С. Н. Газообмен и содержание фотосинтетических пигментов у широтных экотипов кедра сибирского в опыте ex situ // Сиб. лесн. журн. 2020. № 5. С. 28–36 [Bender O. G., Goroshkevich S. N. Gazoobmen i soderzhanie fotosinteticheskikh pigmentov u shirotnykh ekotipov kedra sibirskogo v opyte ex situ (Gas exchange and photosynthetic pigment content in latitudinal ecotypes of the Siberian stone pine ex situ) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2020. N. 5. P. 28–36 (in Russian with English abstract)].
Быкова-Сашко Е. В. Современное состояние кедровых (Pinus sibirica Du Tour) насаждений в Саяно-Шушенском биосферном заповеднике // Сиб. лесн. журн. 2021. № 6. С. 59–71 [Bykova-Sashko E. V. Sovremennoe sostoyanie kedrovykh (Pinus sibirica Du Tour) nasazhdeniy v Sayano-Shushenskom biosfernom zapovednike (Current state of the Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour) stands in Sayano-Shushensky biosphere reserve) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2021. N. 6. P. 59–71 (in Russian with English abstract)].
Варлам И. И., Русак С. Н., Казарцева К. В. Сезонные изменения пигментного состава Pinus sibirica в условиях урбоэкосистем северных территорий (на примере г. Сургута) // Экол. урбан. терр. 2019. № 1. С. 82–86 [Varlam I. I., Rusak S. N., Kazartseva K. V. Sezonnye izmeneniya pigmentnogo sostava Pinus sibirica v usloviyakh urboekosistem severnykh territoriy (na primere g. Surguta) (Seasonal changes of the Pinus sibirica pigment structure in the conditions of urboecosystems of northern territories (on the example of Surgut) // Ekol. urban. terr. (Ecol. urban. terr.) 2019. N. 1. P. 82–86 (in Russian with English abstract)].
Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. В 3-х т. / Под ред. Г. В. Алексеева, М. Д. Ананичева, О. А. Анисимова. М.: Росгидромет, 2014. Т. 1. 1008 с. [Vtoroy otsenochny doklad Rosgidrometa ob izmeneniyakh klimata i ikh posledstviyakh na territorii Rossiyskoy Federatsii. V 3-kh t. / Pod red. G. V. Alekseeva, M. D. Ananicheva, O. A. Anisimovf (The second assessment report of Rosgidromet on climate change and its consequences on the territory of the Russian Federation. In 3 vol. / G. V. Alekseev, M. D. Ananichev, O. A. Anisimov (Eds.). Moscow: Rosgidromet, 2014. V. 1. 1008 р. (in Russian)].
Гаевский Н. А., Сорокина Г. А., Гольд В. М., Миролюбская И. В. Сезонные изменения фотосинтетического аппарата древесных и кустарниковых растений // Физиол. раст. 1991. Т. 38. № 4. С. 685–692 [Gaevskiy N. A., Sorokina G. A., Gol'd V. M., Mirolyubskaya I. V. Sezonnye izmeneniya fotosinteticheskogo apparata drevesnykh i kustarnikovykh rasteniy (Seasonal changes in the photosynthetic apparatus of woody and shrub plants) // Fiziol. rast. (Plant Physiol.). 1991. V. 38. N. 4. P. 685–692 (in Russian with English abstract)].
Головко Т. К., Яцко Я. Н., Дымова О. В. Сезонные изменения состояния фотосинтетического аппарата трех бореальных видов хвойных растений в подзоне средней тайги на Европейском северо-востоке // Хвойные бореальной зоны. 2013. Т. 31. С. 73–78 [Golovko T. K., Yatsko Ya. N., Dymova O. V. Sezonnye izmeneniya sostoyaniya fotosinteticheskogo apparata trekh boreal'nykh vidov khvoynykh rasteniy v podzone sredney taygi na Evropeyskom severo-vostoke (Seasonal changes in the state of the photosynthetic apparatus of three boreal species of coniferous plants in the middle taiga subzone in the European northeast) // Khvoynye boreal'noy zony (Coniferous of the boreal zone). 2013. V. 31. Р. 73–78 (in Russian with English abstract)].
Зотикова А. П., Бендер О. Г., Рудник Т. И. Экофизиологические реакции листового аппарата кедра сибирского на изменение климата // Опт. атмос. и океана. 2006. Т. 19. № 11. С. 969–972 [Zotikova A. P., Bender O. G., Rudnik T. I. Ekofiziologicheskie reaktsii listovogo apparata kedra sibirskogo na izmenenie klimata (Ecophysiological reactions of the Siberian stone pine leaf apparatus to climate change) // Opt. atmos. i okeana (Atmos. Oceanic Opt.). 2006. V. 19. N. 11. P. 969–972 (in Russian with English abstract)].
Коновалова М. Е., Коновалова Е. Г., Цветков Е. Н., Генов Д. Д. Размерная и возрастная структура горных кедровников приенисейских Саян // Сиб. лесн. журн. 2020. № 3. С. 51–62 [Konovalova M. E., Konovalova E. G., Tsvetkov E. N., Genov D. D. Razmernaya i vozrastnaya struktura gornykh kedrovnikov prieniseyskikh Sayan (Dimensional and age structure of mountain Siberian stone pine forests of the cis-Yenisei Sayan) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2020. N. 3. P. 51–62 (in Russian with English abstract)].
Кошкаров А. Д., Кошкарова В. Л., Назимова Д. И. Многовековые климатические тренды трансформации кедровников в разных лесорастительных зонах гор Западного Саяна // Сиб. лесн. журн. 2021. № 2. С. 3–16 [Koshkarov A. D., Koshkarova V. L., Nazimova D. I. Mnogovekovye klimaticheskie trendy transformatsii kedrovnikov v raznykh lesorastitel'nykh zonakh gor Zapadnogo Sayana (Centuries-old climatic trends of transformation of the Siberian stone pine forests in different forest vegetation zones of the Western Sayan mountains) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2021. N. 2. P. 3–16 (in Russian with English abstract)].
Матвеева Р. Н., Братилова Н. П., Буторова О. Ф. Изменчивость показателей роста и генеративного развития кедровых сосен на плантации зеленой зоны города Красноярска // Сиб. лесн. журн. 2014. № 2. С. 81–86 [Matveeva R. N., Bratilova N. P., Butorova O. F. Izmenchivost' pokazateley rosta i generativnogo razvitiya kedrovykh sosen na plantatsii zelenoy zony goroda Krasnoyarska (Variability of growth indicators and generative development of the Siberian and Korean stone pines at the plantation in the green zone of Krasnoyarsk city) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2014. N. 2. P. 81–86 (in Russian with English abstract)].
Назимова Д. И., Коновалова М. Е., Данилина Д. М., Пономарев Е. И., Сташкевич Н. Ю., Бабой С. Д. Исследования долговременной динамики лесов в пергумидном климате Западного Саяна (Ермаковский стационар Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН) // Сиб. лесн. журн. 2015. № 4. С. 3–17 [Nazimova D. I., Konovalova M. E., Danilina D. M., Ponomarev E. I., Stashkevich N. Yu., Baboy S. D. Issledovaniya dolgovremennoy dinamiki lesov v pergumidnom klimate Zapadnogo Sayana (Ermakovskiy statsionar Instituta lesa im. V. N. Sukacheva SO RAN) (The study of forest dynamics in the pergumid climate of Western Sayan mountains (Ermakovsky research station of V. N. Sukachev Institute of Forest, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2015. N. 4. P. 3–17 (in Russian with English abstract)].
Назимова Д. И., Пономарев Е. И., Коновалова М. Е. Роль высотно-поясной основы и дистанционных данных в задачах устойчивого управления горными лесами // Лесоведение. 2020. № 1. С. 3–16 [Nazimova D. I., Ponomarev E. I., Konovalova M. E. Rol' vysotno-poyasnoy osnovy i distantsionnykh dannykh v zadachakh ustoychivogo upravleniya gornymi lesami (The role of an altitudinal zonal basis and remote sensing data in sustainable management of the mountain forests) // Lesovedenie (For. Sci.). 2020. N. 1. Р. 3–16 (in Russian with English abstract)].
Пахарькова Н. В., Кузьмина Н. А., Кузнецова Г. В., Кузьмин С. Р. Диагностика устойчивости представителей рода Pinus к периодическим повышениям температуры в зимне-весенний период // Изв. СПбЛТА. 2019. N. 227. С. 88–106 [Pakhar'kova N. V., Kuz'mina N. A., Kuznetsova G. V., Kuz'min S. R. Diagnostika ustoychivosti predstaviteley roda Pinus k periodicheskim povysheniyam temperatury v zimne-vesenniy period (Diagnostics of resistance of representatives of the genus Pinus to periodic temperature increases in the winter-spring period) // Izv. SPbLTA (Proc. St. Petersburg For. Engineer. Acad.). 2019. N. 227. P. 88–106 (in Russian with English abstract)].
Петров И. А., Шушпанов А. С., Голюков А. С., Двинская М. Л., Харук В. И. Динамика древесно-кустарниковой растительности в горной лесотундре Восточного Саяна // Экология. 2021. № 5. С. 372–379 [Petrov I. A., Shushpanov A. S., Golyukov A. S., Dvinskaya M. L., Kharuk V. I. Dinamika drevesno-kustarnikovoy rastitel'nosti v gornoy lesotundre Vostochnogo Sayana (Dynamics of tree and shrub vegetation in the eastern Sayan mountain tundra) // Ekologiya (Ecology). 2021. N. 5. P. 372–379 (in Russian with English abstract)].
Соболев А. Н., Феклистов П. А. Продолжительность жизни и биометрические параметры хвои в сосняке черничном (о-в Б. Соловецкий) // Вестн. Сев. (Аркт.) фед. ун-та. Сер.: Естеств. науки. 2016. № 4. С. 47–56 [Sobolev A. N., Feklistov P. A. Prodolzhitel'nost' zhizni i biometricheskie parametry khvoi v sosnyake chernichnom (o-v B. Solovetskiy) (Needle span of life and biometric parameters in a myrtillus pine forest (Bol’shoy Solovetsky island) // Vestn. Sev. (Arkt.) fed. un-ta. Ser.: Estestv. nauki (Bull. North. (Arct.) Fed. Univ. Ser.: Nat. Sci.). 2016. N. 4. Р. 47–56 (in Russian with English abstract)].
Софронова В. Е., Дымова О. В., Головко Т. К., Чепалов В. А., Петров К. А. Адаптивные изменения пигментного комплекса хвои Pinus sylvestris при закаливании к низкой температуре // Физиол. раст. 2016. Т. 63. № 4. С. 461–471 [Sofronova V. E., Dymova O. V., Golovko T. K., Chepalov V. A., Petrov K. A. Adaptivnye izmeneniya pigmentnogo kompleksa khvoi Pinus sylvestris pri zakalivanii k nizkoy temperature (Adaptive changes in pigment complex of Pinus sylvestris needles upon cold acclimation) // Fiziol. rast. (Plant Physiol.). 2016. V. 63. N. 4. P. 461–471 (in Russian with English abstract)].
Титова М. С. Сезонная динамика содержания пигментов в хвое сосны сибирской (Pinus Sibirica) и сосны корейской (Pinus koraiensis) // Вестн. КрасГАУ. 2010. № 8 (47). С. 77–81 [Titova M. S. Sezonnaya dinamika soderzhaniya pigmentov v khvoe sosny sibirskoy (Pinus sibirica) i sosny koreyskoj (Pinus koraiensis) (Seasonal dynamics of the pigments availability in needles of Siberian pine (Pinus sibirica) and Korean pine (Pinus koraiensis) // Vestn. KrasGAU (Bull. Krasnoyarsk St. Agr. Univ.). 2010. N. 8 (47). Р. 77–81 (in Russian with English abstract)].
Тужилкина В. В. Пигментный комплекс хвои сосны в лесах Европейского Северо-востока // Лесоведение. 2012. № 4. С. 16–23 [Tuzhilkina V. V. Pigmentny kompleks khvoi sosny v lesakh Evropeyskogo Severo-vostoka (Pigment complex of pine in phytocenoses of the European north-east) // Lesovedenie (For. Sci.). 2012. N. 4. Р. 16–23 (in Russian with English abstract)].
Тужилкина В. В. Фотосинтетические пигменты хвои ели сибирской в среднетаежных лесах европейского северо-востока России // Сиб. лесн. журн. 2017. № 1. С. 65–73 [Tuzhilkina V. V. Fotosinteticheskie pigmenty khvoi eli sibirskoy v srednetaezhnykh lesakh evropeyskogo severo-vostoka Rossii (Photosynthetic pigments of the Siberian spruce needles in the middle taiga forests of the European north-east Russia) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2017. N. Р. 65–73 (in Russian with English abstract)].
Тихонова И. В., Корец М. А. Изменчивость метеорологических условий произрастания хвойных пород в Средней Сибири с 1960 г. // Лесоведение. 2021. № 2. С. 173–186. [Tikhonova I. V., Korets M. A. Izmenchivost' meteorologicheskikh usloviy proizrastaniya khvoynykh porod v Sredney Sibiri s 1960 g. (A variability of meteorological conditions for the growth of coniferous species in central Siberia since 1960) // Lesovedenie (For. Sci.). 2021. N. 2. Р. 173–186 (in Russian with English abstract)].
Шигапов З. Х., Путенихина К. В., Шигапова А. И., Уразбахтина К. А., Путенихин В. П. Генетическое разнообразие кедра сибирского при интродукции на Южном Урале и в Башкирском Предуралье // Сиб. лесн. журн. 2016. № 5. С. 137–146 [Shigapov Z. Kh., Putenihina K. V.,. Shigapova A. I., Urazbakhtina K. A., Putenikhin V. P. Geneticheskoe raznoobrazie kedra sibirskogo pri introduktsii na Yuzhnom Urale i v Bashkirskom Predural'e (Genetic diversity of Siberian stone pine under introduction in the south Urals and Bashkir cis-Urals) // Sib. lesn. zhurn. (Sib. J. For. Sci.). 2016. N. 5. Р. 137–146 (in Russian with English abstract)].
Ходасевич Э. П. Фотосинтетический аппарат хвойных (онтогенетический аспект). Минск: Наука и техника, 1982. 199 с. [Khodasevich E. P. Fotosinteticheskiy apparat khvoynykh (ontogeneticheskiy aspekt) (Photosynthetic apparatus of conifers (ontogenetic aspect)). Minsk: Nauka i tekhnika (Sci. and technol.), 1982. 199 р. (in Russian)].
Хуторной О. В. Структура и динамика верхней границы произрастания хвойных в горах Южной Сибири // Тр. Тигирекского заповедника. 2015. № 7. С. 210–215 [Khutornoy O. V. Struktura i dinamika verkhney granitsy proizrastaniya khvoynykh v gorakh Yuzhnoy Sibiri (Structure and dynamics of conifers tree line in the mountains of southern Siberia) // Tr. Tigirekskogo zapovednika (Proc. Tigirek Nat. Reserve). 2015. N. 7. Р. 210–215 (in Russian with English abstract)].
Яцко Я. Н., Дымова О. В., Головко Т. К. Пигментный комплекс зимне- и вечнозеленых растений в подзоне средней тайги европейского Северо-Востока // Бот. журн. 2009. Т. 94. № 12. С. 1812–1820 [Yatsko Ya. N., Dymova O. V., Golovko T. K. Pigmentny kompleks zimne- i vechnozelenykh rasteniy v podzone sredney taygi evropeyskogo Severo-Vostoka (Pigment content of winter and evergreen plants in the middle taiga subzone of the European northeast) // Bot. zhurn. (Bot. J.). 2009. V. 94. N. 12. Р. 1812–1820 (in Russian with English abstract)].
Ensminger I., Sveshnikov D., Campbell D. A., Funk C., Jansson S., Lloyd J., Shibistova O., Quist G. Intermittent low temperatures constrain spring recovery of photosynthesis in boreal Scots pine forests // Glob. Change Biol. 2004. V. 10. N. 6. P. 995–1008.
Grigoriev A. A., Shalaumova Y. V., Vyukhin S. O., Balakin, D. S., Kukarskikh V. V., Vyukhina A. A., Camarero J. J., Moiseev P. A. Upward treeline shifts in two regions of subarctic Russia are governed by summer thermal and winter snow conditions // Forests. 2022. V. 13. N. 2. Article number 174. 20 p.
Kalituho L., Rech J., Jahns P. The roles of specific xanthophylls in light utilization // Planta. 2007. V. 225. Iss. 2. P. 423–439.
Kharuk V. I., Im S. T., Petrov I. A. Alpine ecotone in the Siberian mountains: vegetation response to warming // J. Mount. Sci. 2021. V. 18. N. 12. P. 3099–3108.
Moiseev P. A., Hagedor, F., Balakin D. S., Bubnov M. O., Devi N. M., Kukarskih V. V., Mazepa V. S., Viyukhin S. O., Viyukhina A. A., Grigoriev A. A. Stand biomass at treeline ecotone in Russian subarctic mountains is primarily related to species composition but its dynamics driven by improvement of climatic conditions // Forests. 2022. V. 13. N. 2. Article number 254. 21 p.
Ottander C., Campbell D., Öquist G. Seasonal changes in photosystem II organization and pigment composition in Pinus sylvestris // Planta. 1995. V. 197. N. 1. P. 176–183.
Pakharkova N., Borisova I., Sharafutdinov R., Gavrikov V. Photosynthetic pigments in Siberian pine and fir under climate warming and shift of the timberline // Forests. 2020. V. 11. N. 1. Article number 63. 15 p.
Petrov I. A., Shushpanov A. S., Golyukov A. S., Kharuk V. I. Pinus sibirica Du Tour response to climate change in the forests of the Kuznetsk Alatau Mountains // Sib. J. For. Sci. 2019. N. 5. P. 43–53.
Petrov I. A., Shushpanov A. S., Golyukov A. S., Dvinskaya M. L., Kharuk V. I. Dynamics of tree and shrub vegetation in the eastern Sayan mountain tundra) // Rus. J. Ecol. 2021. V. 52. N. 5. P. 399–405 (Original Rus. Text © I. A. Petrov, A. S. Shushpanov, A. S. Golyukov, M. L. Dvinskaya, V. I. Kharuk, 2021, publ. in Ekologiya. 2021. N. 5. P. 372–379).
Sofronova V. E., Dymova O. V., Golovko T. K., Chepalov V. A., Petrov K. A. Adaptive changes in pigment complex of Pinus sylvestris needles upon cold acclimation) // Rus. J. Plant Physiol. 2016. V. 63. N. P. 433–442 (Original Rus. Text © V. E. Sofronova, O. V. Dymova, T. K. Golovko, V. A. Chepalov, K. A. Petrov, 2016, publ. in Fiziologiya Rastenii. 2016. V. 63. N. 4. P. 461–471).
Wang K.-Y., Kellomäki S., Zha T. Modifications in photosynthetic pigments and chlorophyll fluorescence in 20-year-old pine trees after a four-year exposure to carbon dioxide and temperature elevation // Photosynthetica. 2003. V. 41. Iss. 2. P. 167–175.
Wintermans J. E. G., De Mots A. Spectrophotometric characteristics of chlorophyll a and b and their phenophytins in ethanol // Biochim. Biophys. Acta. 1965. N. 109. P. 448–453.
Zotikova A. P., Bender O. G., Rudnik T. I. Ecophysiological reactions of the Siberian stone pine leaf apparatus to climate change) // Atmos. Oceanic Opt. 2006. V. 19. N. 11. P. 870–872 (Original Rus. Text © A. P. Zotikova, O. G. Bender, T. I. Rudnik, 2006, publ. in Optika atmosfery i okeana. 2006. V. 19. N. 11. P. 969–972).