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

Cover Page

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

  1. Алексеев Г. В. Проявление и усиление глобального потепления в Арктике // Фунд. и прикл. климатол. 2015. № 1. С. 11-26
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. Тужилкина В. В. Пигментный комплекс хвои сосны в лесах Европейского Северо-Востока // Лесоведение. 2012. № 4. С. 16-23
  21. Тужилкина В. В. Фотосинтетические пигменты хвои ели сибирской в среднетаежных лесах Европейского Северо-Востока России // Сиб. лесн. журн. 2017. № 1. С. 65-73
  22. Тихонова И. В., Корец М. А. Изменчивость метеорологических условий произрастания хвойных пород в Средней Сибири с 1960 г. // Лесоведение. 2021. № 2. С. 173-186
  23. 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
  24. Ходасевич Э. П. Фотосинтетический аппарат хвойных (онтогенетический аспект). Минск: Наука и техника, 1982. 199 с
  25. Хуторной О. В. Структура и динамика верхней границы произрастания хвойных в горах Южной Сибири // Тр. Тигирекского заповедника. 2015. № 7. С. 210-215
  26. 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
  27. 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
  28. 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
  29. Kalituho L., Rech J., Jahns P. The roles of specific xanthophylls in light utilization // Planta. 2007. V. 225. Iss. 2. P. 423-439
  30. 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
  31. 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
  32. 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
  33. 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
  34. 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
  35. 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)
  36. 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)
  37. 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
  38. 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
  39. 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

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

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».