Разделы: Ботаника
Размещена 14.04.2024. Последняя правка: 16.04.2024.
Просмотров - 205

ОБЩИЙ СИНТЕЗ ХЛОРОФИЛЛА И ЕГО ДИНАМИКА (ПО ВРЕМЕНАМ ГОДА) У НЕКОТОРЫХ ДЕРЕВЬЕВ И КУСТАРНИКОВ, ИНТРОДУЦИРОВАННЫХ НА ПОЛУОСТРОВЕ АПШЕРОН

Mirjalally Ilhama Basharat

Institute Dendrology of MSE Azerbaijan

leading scientific worker

Газиев Афиг Курбанали, доктор философии по биологическим наукам, доцент, заведующий «Централизованной экспериментальной лабораторией»; Алекперов Рамиз Алекпер кандидат биологических; Курбанова Джейран Курбан, научный сотрудник; Бабаев Мирмагомед Ильгар, научный сотрудник, Институт Дендрологии Министерства Науки и Образования Азербайджанской Республики

УДК 635.9

Введение: Изменения климата, происходящие во Вселенной и на Земле - понижение уровня океана и морей, токсичные соединения промышленных предприятий, увеличение выбросов загрязняющих веществ, землетрясения и другие стихийные бедствия, увеличение выбросов загрязняющих газов от транспортных средств, войны вызвали изменения климата [2,6.8] . Апшеронского полуострова, оно не обошло стороной и естественно растения и оказывает влияние на природное биоразнообразие. Известно, что существуют существенные различия в увеличении содержания органического вещества у разных видов растений. Например, раннеспелые растения с коротким вегетационным периодом раньше начинают укореняться и завязывать плоды, поэтому они менее продуктивны, чем позднеспелые растения с более длительным вегетационным периодом. Именно поэтому раннеспелые сорта целесообразно возделывать в северных регионах, а позднеспелые – в районах с более длительным вегетационным периодом [6,8,11].

Актуальность работы обусловлено глобальными изменениямиклимата, возрастающими темпами загрязнения окружающей среды, увеличение выбросов токсических веществ от транспортных средств и др.

Целью настоящей статьи является выявление степени синтеза общего хлорофилла у некоторых вечнозеленых растений интродуцированных на Апшерона и их взаимосвязь с изменением климата.

Научная новизна исследований заключается в анализе динамики синтеза хлорофилла листа растений на фоне воздействия климатических и антропогенных факторов с учетом сезонных изменений года с применением хлорофилометра «SPAD»-502 PLUS производства Японии.  

Объекты и методика исследования: Объектами исследования являлись вечнозеленые  произрастающие и интродуцированный на Апшероне виды Olea eurpaea L., Quercus ilex L., Laurus nobilis L., Liqustrum japonicum L., Chamaerops humilis L, Olea verrucosa L. В наших экспериментах общее количество хлорофиллов измеряли прибором СПАД-502 ПЛЮС без отделения листьев от материнского растения. Прибор измеряет количество общего хлорофилла на площади листа площадью 5 мм. В связи с изменениями климата в современное время в некоторых районах Апшеронского полуострова была проведена идентификация интродуцированный видов с целью уточнения активности процесса синтеза хлорофилла в листовых органах деревьев и кустарников.

Заключение, результаты, выводы: Как уже говорилось выше, образование и накопление хлорофилла в зеленом листе происходит только под действием лучистой энергии. Для нормального функционирования зеленых растений в листьях необходимо определенное количество хлорофилла. Оптические свойства листьев разных видов растений определяются главным образом содержанием пигментов в хлоропластах [1,4,7,11,14].

Существует определенная связь – положительная корреляция между содержанием пигментов в листьях и величиной коэффициента поглощения лучистой энергии. Основным компонентом, определяющим оптические свойства листьев растений, являются пигменты, содержащиеся в хлоропластах [7,12].

Образование хлорофилла у растений с определенным запасом создает благоприятные условия для интенсивного фотосинтеза в утренние и вечерние часы, когда температура воздуха умеренная, давление водного фактора низкое и растения не перегреваются. Поэтому утром и вечером фотосинтез наиболее интенсивен у растений с достаточным запасом хлорофилла. Степень использования фотохимической активности хлорофилла растением можно оценить по так называемому ассимиляционному числу, которое соответствует количеству углекислого газа, поглощаемого одним хлорофиллом (массой) в единицу времени. Он меньше у растений с темно-зелеными листьями и выше у бледно-зеленых растений.

Поэтому количество хлорофилла является важным фактором, влияющим на - всегда необходимо создавать оптимальную структуру урожая и обеспечивать достаточное содержание хлорофилла в растениях путем внесения необходимых питательных веществ (азота, калия, фосфора, магния, микроэлементов) [9,10,15].

В течение дня интенсивность фотосинтеза неодинакова, ее максимумы смещаются в зависимости от интенсивности света и температуры. Как уже говорилось выше, образование и накопление хлорофилла в зеленом листе происходит только под воздействием лучистой энергии. Определенное количество хлорофилла необходимо в листьях для нормального функционирования зеленых растений.

Хлорофилл — это пигмент, который поглощает свет во время фотосинтеза, а также создает доминирующий цвет земной поверхности. Некоторые декоративные деревья и кустарники иногда содержат желтые каротиноидные пигменты. Эти пигменты образуются еще и потому, что условия неблагоприятны для синтеза или хранения хлорофилла. Листья некоторых видов древесных растений, например темно-красной формы бука европейского, клена пальчатого, имеют красную или пурпурную окраску благодаря наличию антоцианов в клеточном соке. Многие другие деревья осенью производят антоцианы [7,8,14].

Хлорофилл и каротиноиды обнаружены во многих тканях, помимо листовых пластинок, включая лепестки, побеги, семядоли, паренхиму коры молодых побегов и феллодерму старых стеблей некоторых видов. В целом хлоропласты редко встречаются в эпидермальных клетках, за исключением замыкающих клеток устьиц. Иногда они развиваются на корнях, подвергающихся воздействию света. Интенсивность фотосинтеза листьев древесных растений обычно ниже интенсивности фотосинтеза травянистых растений. Важнейшим фактором является генетический потенциал растения, ведь иногда недолговечность сеянцев-альбиносов обусловлена мутациями, вызывающими полную утрату способности вырабатывать хлорофилл. Чаще процесс синтеза хлорофилла нарушается лишь частично, что проявляется отсутствием хлорофилла в некоторых частях листьев (окраска) или общим недостатком хлорофилла. В результате листья приобретают желтоватый цвет на золотистых сортах деревьев и кустарников, которые часто используются в качестве декоративных растений. Иногда мутации почек приводят к образованию альбиносных или пестрых ветвей на нормальных деревьях и кустарниках. В синтезе хлорофилла и сборке его в фотосинтетические единицы участвует множество генов, поэтому аномалии образования хлорофилла являются обычным явлением.

Железо не входит в состав хлорофилла, но служит кофактором предшественника хлорофилла. Магний является компонентом хлорофилла, поэтому его дефицит естественным образом вызывает хлороз. Причиной хлороза может быть недостаток большинства макронутриентов и некоторых микроэлементов. Можно предположить, что практически любое нарушение нормального обмена веществ препятствует синтезу хлорофилла. Умеренный водный стресс замедляет образование хлорофилла, а сильное обезвоживание тканей растений не только нарушает синтез хлорофилла, но и расщепляет существующие молекулы. В результате листья растений, подвергшихся засухе, имеют тенденцию желтеть. Листья деревьев и кустарников также могут желтеть, когда почва вокруг их корней переувлажняется. Влияние засухи и плохой аэрации почвы в некоторой степени косвенное: замедляется синтез хлорофилла из-за общего нарушения кислородного обмена. При отсутствии кислорода рассада не вырабатывает хлорофилл даже на свету. Это указывает на то, что аэробное дыхание необходимо для некоторых процессов образования промежуточных соединений, а поток метаболической энергии необходим для синтеза хлорофилла [3,5].

Количественные изменения пигментного аппарата листьев растений могут происходить в ответ на изменение условий окружающей среды [2]. Показано, что условия окружающей среды оказывают большее влияние на содержание хлорофилла в листовой массе, чем на качественное содержание пигментов [4]. Вообще известно, что основным фактором, регулирующим состав пигментов, является свет. При затенении количество хлорофиллов на единицу массы листа увеличивается, доля каротиноидов снижается, а доля хлорофилла b увеличивается [5-7]. Изменения температуры и влажности окружающей среды также могут вызывать изменения содержания пигментов в листьях растений [2]. Несмотря на большой и разносторонний интерес к пигментному комплексу растений, остается еще много вопросов о закономерностях его адаптации к условиям жизни. Это особенно актуально для исследований в естественных условиях, где немногочисленные доступные данные часто противоречивы. Одной из наиболее частых причин хлороза растений является недостаток некоторых необходимых элементов. Дефицит азота является частой причиной хлороза древесных растений, особенно старых листьев. Другой распространенной причиной хлороза является дефицит железа, преимущественно в молодых листьях. Очевидно, что для синтеза хлорофилла необходимо достаточное количество железа.

График 1. Динамика синтеза общего хлорофилла в зимний период

График 2. Динамика синтеза общего хлорофилла в весенний период.

В наших экспериментах общее количество хлорофиллов измеряли прибором СПАД-502 ПЛЮС без отделения листьев от материнского растения. Прибор измеряет количество общего хлорофилла на площади листа площадью 5 мм^2. В связи с изменениями климата в современное время в некоторых районах Апшеронского полуострова была проведена идентификация интродуцированных видов с целью уточнения активности процесса фотосинтеза в листовых органах деревьев и кустарников.

График 3. Динамика синтеза общего хлорофилла в летний период

 

График 4. Динамика синтеза общего хлорофилла в осенний период

Из графиков видно, что динамический характер зеленых пигментов у вечнозеленых древесно-кустарниковых растений однотипен и формируется в зависимости от биологических свойств растений. Виды деревьев и кустарников, представленные на графиках и таблицах, относятся к вечнозеленым растениям и осуществляют процесс фотосинтеза на протяжении всех сезонов года. Однако, поскольку степень освещенности и температурные показатели различны по сезонам, их фотосинтетическая активность варьирует в зависимости от количества хлорофилла. Поскольку в весенний период процессы роста и развития растений осуществляются относительно интенсивно, в молодых листьях наблюдается увеличение количества хлорофилла и активнее осуществляется процесс фотосинтеза. Со сменой времен года определенные изменения претерпевают и свето-климатические показатели, этот процесс обостряется в условиях изменения климата.

Известно, что воздействие освещения и климатических факторов меняется со сменой времен года. Этот процесс усиливается на фоне изменения климата. Количественные изменения пигментного аппарата листьев растений могут возникать в ответ на факторы внешней среды, в том числе антропогенные [2,3,13]. У некоторых древесно-кустарниковых растений, интродуцированных на Апшеронский полуостров (в зависимости от сезона), с увеличением освещенности и температуры синтез хлорофилла увеличивается, напротив, из-за негативного влияния природных и антропогенных факторов синтез пигментов ослабляется. у вечнозеленых видов.

Вывод

Известно, что воздействие освещения и климатических факторов меняется со сменой времен года. Этот процесс усиливается на фоне изменения климата. Количественные изменения пигментного аппарата листьев растений могут возникать в ответ на факторы внешней среды, в том числе антропогенные. В свзи с изменением климата,а также адаптация растений к загрезнениям нефтепродуктаками , которые содержат химические соединения . в том числе и ионы металла влияющие положительно на синтез хлорофилла . способствует устойчивости растений в данной среде. У некоторых древесно-кустарниковых растений, интродуцированных на Апшеронский полуостров (в зависимости от сезона), с увеличением освещенности и температуры синтез хлорофилла увеличивается, напротив, из-за негативного влияния природных и антропогенных факторов синтез пигментов ослабляется у вечнозеленых видов.

1. Esteban R., Barrutia O., Artetxe U., Fernandez-Marin B., Hernandez A., Garcia-Plazaola J.I. Internal and external factors affecting photosynthetic pigment composition in plants: a metaanalytical approach // New Phytol. 2015. V. 206. P. 268. https://doi.org/10.1111/nph.13186
2. Lambers H., Chapin F.S. III, Pons T.L. Plant physiological ecology. New York: Springer, 2008. 540. p.
3. Слемнев Н.Н., Шереметьев С.Н., Маслова Т.Г., Цоож Ш., Алтанцоож А. Разнообразие фотосинтетического аппарата растений Монголии: анализ биологических, экологических и эволюционных рядов // Ботанический журнал. 2012. Т. 97. С. 1377.
4. Иванов Л.А., Иванова Л.А., Ронжина Д.А., Юдина П.К. Изменение содержания хлорофиллов и каротиноидов в листьях степных растений вдоль широтного градиента на Южном Урале // Физиология растений. 2013. Т. 60. С. 856.
5. Иванов Л.А., Ронжина Д.А., Иванова Л.А. Изменение листовых параметров как показатель смены функциональных типов степных растений вдоль градиента аридности // Физиология растений.2008. Т. 55. С. 332.
6. Дымова О.В., Головко Т.К. Фотосинтетические пигменты в растениях природной флоры таежной зоны европейского северо-востока России // Физиология растений. 2019. Т.66. С. 198.
7. Golovko T., Dymova O., Yatsco Y., Tabalenkova G. Photosynthetic pigment apparatus in northern plants // Handbook of Plant and Crop Stress, Third Edition / Ed. Pessarakli M. CRC Press. 2016. P. 391. https://doi.org/10.1201/b10329-19
8. Garcia-Plazaola J., Becerril J.M. Seasonal changes in photosynthetic pigments and antioxidants in beech (Fagus sylvatica) in a Mediterranean climate: implications for tree decline diagnosis // Aust. J. Plant Physiol.2001. V. 28. P. 225. https://doi.org/10.1071/PP00119
9. Wellburn A.R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution // J. Plant Physiology. 1994. V. 144. P. 307. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(11)81192-2.
10. Valladares F., Martinez-Ferri E., Balaguer L., Perez-Corona E., Manrique E. Low leaf-level response to light and nutrients in Mediterranean evergreen oaks: a conservative resource-use strategy // New Phytol. 2000. V. 148. P. 79. https://doi.org/10.1046/j.1469-8137.2000.00737.
11. Maslova T.G., Popova I.A. Adaptive properties of the plant pigment systems // Photosynthetica. 1993. V. 29. P. 195.
12. Valladares F., Niinemets Ü. Shade tolerance, a key plant feature of complex nature and consequence // Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 2008. V. 39. P. 237. https://doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.39.110707.173506
13. Kono M., Terashima I. Long-term and short-term responses of the photosynthetic electron transport to fluctuating light // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2014. V. 137. P. 89. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2014.02.016
14. Lichtenthaler H.K., Ač A., Marek M.V., Kalina J., Urban O. Differences in pigment composition, photosynthetic rates and chlorophyll fluorescence images of sun and shade leaves of four tree species // Plant Physiol. Biochem. 2007. V. 45. P. 577. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2007.04.006
15. Kume A., Akitsu T., Nasahara K.N. Why is chlorophyll b only used in light-harvesting systems? // J. Plant Research. 2018. V. 131. P. 961. https://doi.org/10.1007/s10265-018-1052-7

Рецензии:

14.04.2024, 17:21 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: В статье "ОБЩИЙ СИНТЕЗ ХЛОРОФИЛЛА И ЕГО ДИНАМИКА (ПО ВРЕМЕНАМ ГОДА) У НЕКОТОРЫХ ДЕРЕВЬЕВ И КУСТАРНИКОВ, ИНТРОДУЦИРОВАННЫХ НА ПОЛУОСТРОВЕ АПШЕРОН" автор исследует процесс синтеза хлорофилла, где приводятся количественные изменения пигментации листьев растений. Растениям необходимы два металлических соединения (минерала) для синтеза хлорофилла. Это магний (Mg) и железо (Fe). Магний усваивается растениями в виде двухвалентного иона магния. Он необходим в зоне роста корней и стеблей, семян, листьев и т.д. Он встречается в виде пектата магния в средней пластинке. Он отвечает за кольцевую структуру хлорофилла. Железо требуется в большем количестве по сравнению с другими микроэлементами и растения получают железо в виде ионов трехвалентного железа. Он необходим для образования хлорофилла и других пигментов [https://www.toppr.com/ask/question/plants-require-two-metallic-compounds-minerals-for-chlorophyll-synthesis-they-are/]. Неинфекционный хлороз (нарушение образования хлорофилла в листьях и снижение активности фотосинтеза) может быть вызван дефицитом минералов в почве (железо или магний), дефицитом азота и/или белков, кислотностью почвы, при которой минералы становятся недоступными для поглощения корнями. Неинфекционный хлороз также может быть вызван плохим дренажем почвы, при котором происходит переувлажнение корней, повреждением корней и/или слишком малым пространством для корневой системы, а также воздействием диоксида серы. Статья является актуальной с научной новизной. Рекомендую статью к публикации после незначительной доработки на основание вышеописанных дополнений.

15.04.2024, 20:50 Вологирова Жаннета Мамиевна
Рецензия: Представленная статья об исследовании динамики синтеза общего хлорофилла в летний и осенний периоды у вечнозеленых древесно-кустарниковых растений на Апшеронском полуострове содержит ценную информацию о влиянии климатических факторов на фотосинтетическую активность растений. Авторы подробно описывают методику измерения и анализа данных, а также приводят результаты в виде графиков и интерпретации. Основные выводы статьи подтверждают важность изучения адаптации растений к изменяющимся условиям окружающей среды. Учитывая актуальность данной темы и качественный подход к исследованию, статья представляет интерес для научного сообщества и имеет потенциал для публикации. Однако, для более полного понимания и обоснования результатов, авторам следует уделить внимание следующим аспектам: 1. Расширить объем обсуждения результатов, включая более детальный анализ влияния антропогенных факторов на динамику синтеза хлорофилла у растений. 2. Рассмотреть возможные механизмы адаптации растений к изменяющимся условиям окружающей среды на более глубоком уровне. 3. Предложить практические рекомендации или перспективы дальнейших исследований в этой области, которые могут быть полезны для сельского хозяйства или охраны окружающей среды. В целом, статья является важным вкладом в наше понимание адаптационных механизмов растений и их ответа на изменения климата. Рекомендуется к публикации после учета вышеперечисленных замечаний. Рецензент: Вологирова Жаннета Мамиевна, кандидат сельскохозяйственных наук (PhD).

16.04.2024, 14:54 Гюльмамедова Шалала Адил кызы
Рецензия:  При адаптации интродуцированных из зарубежных стран деревьев и кустарников в условия Апшерона на них сильно влияют абиотические, биотические и антропогенные факторы окружающей среды. По мере смены времен года меняется воздействие климатических факторов и освещения на растения. При этом в пигментном аппарате листьев растений происходят количественные изменения. В статье показано, что условия окружающей среды оказывают большое влияние на содержание хлорофилла в листовой массе, чем на качественное содержание пигментов. В связи с этим происходит адаптация растений к загрязнениям среды нефтепродуктаками , которые содержат химические соединения. У некоторых древесно-кустарниковых растений, интродуцированных на Апшеронский полуостров с увеличением освещенности и температуры синтез хлорофилла увеличивается, напротив, из-за негативного влияния природных и антропогенных факторов синтез пигментов ослабляется у вечнозеленых видов. Я считаю, что статья посвящена очень актуальной теме и рекомендую её к опубликованию в журнале.



Комментарии пользователей:

15.04.2024, 8:15 Алекперов Рамиз Алекпер Отзыв: В статье “ОБЩИЙ СИНТЕЗ ХЛОРОФИЛЛА И ЕГО ДИНАМИКА (ПО ВРЕМЕНАМ ГОДА) У НЕКОТОРЫХ ДЕРЕВЬЕВ И КУСТАРНИКОВ, ИНТРОДУЦИРОВАННЫХ НА ПОЛУОСТРОВЕ АПШЕРОН” автор исследует процесс синтеза хлорофилла, где приводятся количественные изменения пигментации листьев растений. Статья является актуальной с научной новизной. Так, как синтез общего хлорофилла, а также процесс фотосинтеза выявляет устойчивость интродуцированных видов на данной территории. Поэтому актуальность этой работы наяву. Рекомендую статью к публикации

17.04.2024, 12:06 Газиев Афиг Гурбанали Отзыв: Благодарю за отзыв. С уважением Ильхама Мирджалаллы

Оставить комментарий