Self-fertility in Scots Pine as a System for Regulating Close Relationships and Species Survival in an Adverse Environment

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article presents data on the study of the drought resilience limits of Scots pine trees (Pinus sylvestris L.) in the south of the East European Plain in connection with changes in the forest-steppe climate and an increase in the number and intensity of droughts. It was shown that the rate of the global warming in the 20th century was 0.11°C/10 years, while in the 21st century it became 0.35°C/10 years. The objective of the study was to determine the drought resilience limits of the Scots pine trees on different life cycle stages in the forest-steppe zone of the East European Plain. The object of the study was the northern Kaluga and Ryazan, central Voronezh and southern Belgorod pine populations growing in the ecologically favourable territory of the forest-steppe zone of the Russian Plain. As a result of studying the pine response to 6 severe droughts (early 1991 and 2007, summer 2010 and 2020, late 2014 and 2020) and an 8-year heat wave (2007—2014), the threshold of resistance of the stages was determined, which, according to the descending vector, represent the following series: ontogenesis, sporogenesis, embryogenesis, gametogenesis. The cause for the poor harvest in 2012 was the cumulative effect of two droughts on the megasporogenesis processes (2010 — in the year of the megasporogenesis initiation, 2012 — in the year of fertilisation). The impact of the 1991 drought on early embryogenesis led to a 5-fold decrease in pine yield and overall lower seed viability. The weather stress of 2010 during late embryogenesis affected such vital indicators of the future plants as growth rate, phenotypic variability, and seasonal development rhythms. It caused mass death of 1-year-old seedlings and the appearance of many morphoses and developmental deviations in 2-year-old plants. Severe droughts in 2007, 2010, 2012, 2014 during the heat wave of 2007—2014 caused destabilization and transition of pine forests to a state of semi-nonequilibrium systems. The return of pine stands to a state of equilibrium continued for three optimal years.

About the authors

N. F. Kuznetsova

Research Institute of Forest Genetics and Breeding

Author for correspondence.
Email: nfsenyuk@mail.ru
Lomonosov st. 105, Voronezh, 394087, Russia

References

  1. Akimov L.M., Zadorozhnaya T.N., Osobennosti raspredeleniya trendov temperatury vozdukha na Evropeiskoi territorii Rossii i sopredel’nykh gosudarstv (Features of distribution of air temperature trends in the European areas of Russia and adjacent countries), Vestnik VGU. Ser. Geografiya. Geoekologiya, 2018, No. 4, pp. 5—14.
  2. Anderegg W.R.L., Schwalm C., Biondi F. et al., Pervasive drought legacies in forest ecosystems and their implications for carbon cycle models, Science, 2015, Vol. 349, No. 6247, pp. 2068—2074. https://doi.org/10.1126/science.aab1833
  3. Arnholdt-Schmitt B., Stress-induced cell reprogramming: a role for global genome regulation?, Plant Physiology, 2004, Vol. 136, pp. 2579—2586. doi: 10.1104/pp.104.042531
  4. Belousov L.V., Osnovy obshchei biologii (Fundamentals of general biology), Moscow: MGU, 2005, 368 p.
  5. Bose A.K., Gessler A., Bolte A., Bottero A., Buras A., Cailleret M., Camarero J.J., Haeni M., Heres A.-M., Hevia A. et al., Growth and resilience responses of Scots pine to extreme droughts across Europe depend on predrought growth conditions, Global Change Biology, 2020, Vol. 26, No. 8, pp. 4521—4537.
  6. Chudinova L.A., Orlova N.V., Fiziologiya ustoichivosti rastenii (Physiology of plant resistance), Perm, 2006, 124 p.
  7. Easterling D.R., Meehl G.A., Parmesan C. et al., Climate extremes: observations, modeling, and impacts, Science, 2000, Vol. 289, pp. 2068—2074. doi: 10.1126/science.289.5487.2068
  8. Efimov Y.P., Semennye plantatsii v selektsii i semenovodstve sosny obyknovennoi (Seed orchards for the selection and seedage of Scots pine), Voronezh: Istoki, 2010, 252 p.
  9. Evstigneev O.I. Korotkov N.V., Ontogenetic stages of trees: an overview, Russian Journal of Ecosystem Ecology, 2016, Vol. 1 (2), pp. 1—31. doi: 10.21685/2500-0578-2016-2-1
  10. GOST 13056.8-97
  11. Gosteva S.R., Ekologicheskaya bezopasnost’ Rossii i ustoichivoe razvitie (Ecological safety of Russia and sustainable development), Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2010, Vol. 16, No. 3, pp. 704—718.
  12. Hansen M.C., Potapov P.V., Moore R.M. et al., High-resolution global map of 21st century forest cover change, Science, 2013, Vol. 342, pp. 850—853. doi: 10.1126/science.1244693
  13. IPCC, 2023, Climate Change 2023: Synthesis Report, Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC, Geneva, Switzerland, pp. 35—115.
  14. Kijowska-Oberc J., Staszak A.М., Kaminski J. et al., Adaptation of forest trees to rapidly changing climate, Forests, 2020, Vol. 2, No. 11, pp. 123—147. https://doi.org/10.3390/f11020123
  15. Kozubov G.M., Trenin V.V., Tikhova M.A., Kondrat’eva V.P., Reproduktivnye struktury golosemennykh (sravnitel’noe opisanie) (Reproductive structures of gymnosperms (comparative description)), Leningrad: Nauka, 1982, 104 p.
  16. Kuznetsov V.V., Dmitrieva G.A., Fiziologiya rastenii (Plant physiology), Moscow: Vysshaya shkola, 2005, 737 p.
  17. Kuznetsova N.F., Generativnaya sfera sosny obyknovennoi kak indikator climaticheski determinannoi smeny zhiznennykh sostoyanii populyatsii (Scots pine generative sphere as an indicator of climate-determined change in vital states of the populations), Lesovedenie, 2023b, No. 2, pp. 244—254. doi: 10.31857/S0024114823030063
  18. Kuznetsova N.F., Izmenenie klimata i ego vliyanie na zhiznennoe sostoyanie lesostepnykh populyatsii sosny obyknovennoi Russkoi ravniny (Climate change and its impact on the vital state of forest-steppe populations of Common pine in the Russian Plain), Lesokhozyaystvennaya informatsiya, 2023a, No. 2, pp. 27—42. doi: 10.24419/LHI.2304-3083.2023.2.02
  19. Kuznetsova N.F., Klushevskaya E.S., Amineva E.Y., Vysokoproduktivnye sosnovye lesa v usloviyakh izmenyayushchegosya klimata (Highly Productive Pine Forests in a Changing Climate), Lesnoi zhurnal, 2021, No. 6, pp. 9—23.
  20. Kuznetsova N.F., Lesa Srednerusskoi lesostepi kak ob”ekt ex situ (Central Russian forest-steppe forests as ex situ object), Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta: Seriya: Les. Ekologiya. Prirodopol’zovanie, 2020, No. 4 (48), pp. 10—21. doi: 10.25686/2306-2827.2020.4.10
  21. Kuznetsova N.F., Reproduktivnoe razvitie initsializatsii sporofita u Pinus sylvestris L. (Reproductive development of sporophyte initiation in Pinus sylvestris L.), Tsitologiya, 2002, Vol. 44, No. 2, pp. 159—165.
  22. Kuznetsova N.F., Self-Fertility in Scots Pine as a System for Regulating Close Relationships and Species Survival in an Adverse Environment, In: Advances in Genetic Research, 2012, New York, Vol. 9, pp. 83—106.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».