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
- Authors: Pakharkova N.V.1, Masentsova I.V.1, Gette I.G.1, Pozdnyakova E.E.1, Kalabina A.A.1, Tuzhilkina V.V.2, Stasova V.V.3
-
Affiliations:
- Siberian Federal University
- Institute of Biology Komi Science Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
- Krasnoyarsk Science Centre of the Siberian Branch of Russian Academy of Science, V. N. Sukachev Institute of Forest, Siberian Branch Russian Academy of Sciences
- Issue: No 2 (2024)
- Pages: 41-49
- Section: RESEARCH ARTICLES
- URL: https://journal-vniispk.ru/2311-1410/article/view/297604
- DOI: https://doi.org/10.15372/SJFS20240205
- ID: 297604
Cite item
Full Text
Abstract
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 Siberian pine , 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.
About the authors
N. V. Pakharkova
Siberian Federal University
Author for correspondence.
Email: npakharkova@sfu-kras.ru
Krasnoyarsk, Russian Federation
I. V. Masentsova
Siberian Federal University
Email: irina.masentsova@yandex.ru
Krasnoyarsk, Russian Federation
I. G. Gette
Siberian Federal University
Email: igette@sfu-kras.ru
Krasnoyarsk, Russian Federation
E. E. Pozdnyakova
Siberian Federal University
Email: e.pozdniakova34@gmail.com
Krasnoyarsk, Russian Federation
A. A. Kalabina
Siberian Federal University
Email: sipanna@yandex.ru
Krasnoyarsk, Russian Federation
Valentina Vasil’evna Tuzhilkina
Institute of Biology Komi Science Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: tuzhilkina@ib.komisc.ru
Viktoriya Viktorovna Stasova
Krasnoyarsk Science Centre of the Siberian Branch of Russian Academy of Science, V. N. Sukachev Institute of Forest, Siberian Branch Russian Academy of Sciences
Email: vistasova@mail.ru
References
- Алексеев Г. В. Проявление и усиление глобального потепления в Арктике // Фунд. и прикл. климатол. 2015. № 1. С. 11-26
- 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
- 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
- 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
- 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. урб. тер. 2019. № 1. С. 82-86
- 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
- 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
- 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 бореал. зоны. 2013. Т. 31. С. 73-78
- Зотикова А. П., Бендер О. Г., Рудник Т. И. Экофизиологические реакции листового аппарата кедра сибирского на изменение климата // Опт. атм. и океана. 2006. Т. 19. № 11. С. 969-972
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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. № 227. С. 88-106
- 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
- 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
- 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
- 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
- Тужилкина В. В. Пигментный комплекс хвои сосны в лесах Европейского Северо-Востока // Лесоведение. 2012. № 4. С. 16-23
- Тужилкина В. В. Фотосинтетические пигменты хвои ели сибирской в среднетаежных лесах Европейского Северо-Востока России // Сиб. лесн. журн. 2017. № 1. С. 65-73
- Тихонова И. В., Корец М. А. Изменчивость метеорологических условий произрастания хвойных пород в Средней Сибири с 1960 г. // Лесоведение. 2021. № 2. С. 173-186
- 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
- Ходасевич Э. П. Фотосинтетический аппарат хвойных (онтогенетический аспект). Минск: Наука и техника, 1982. 199 с
- Хуторной О. В. Структура и динамика верхней границы произрастания хвойных в горах Южной Сибири // Тр. Тигирекского заповедника. 2015. № 7. С. 210-215
- Яцко Я. Н., Дымова О. В., Головко Т. К. Пигментный комплекс зимнеи вечнозеленых растений в подзоне средней тайги Европейского Северо-Востока // Бот. журн. 2009. Т. 94. № 12. С. 1812-1820
- 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. 4. 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)
Supplementary files
