Вплив екологічних криз на функціональний стан Picea abies (L.) Karst. у мікрокосмах

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.33730/2077-4893.4.2024.317144

Ключові слова:

хлорофіл, каротиноїди, інтенсивність фотосинтезу, абіотичний стрес, екстремальні температури, кислотні опади

Анотація

У зв’язку з кліматичними змінами питання адаптації лісових екосистем до абіотичних стресів стає дедалі більш актуальним. Ключову роль у цьому процесі відіграє праймінг, який дає змогу рослинам ефективніше реагувати на стреси через активацію захисних механізмів. Важливим показником адаптації є вміст фотосинтетичних пігментів, що визначають ефективність фотосинтезу. Деградація хлоропластів під впливом абіотичних стресів знижує інтенсивність фотосинтезу та порушує окисно-відновний баланс мембран, що спричиняє пошкодження фотосинтетичного апарату рослин. У статті досліджено вплив підвищеної температури, кислотних дощів та ультрафіолетового випромінювання на функціональний стан P. abies (L.) Karst. у мікрокосмах. Оцінено вміст фотосинтетичних пігментів (хлорофілів і каротиноїдів) та показники валової первинної (ВПП) й чистої первинної продукції (ЧПП). Встановлено, що за впливу стресових чинників уміст пігментів і продуктивність рослин значно знижуються, що свідчить про порушення фотосинтетичних процесів. Ці абіотичні чинники знижують вміст хлорофілів і каротиноїдів, що зумовлює зменшення ефективності фотосинтезу. Крім того, підвищення активності дихання рослин і погіршення функціонального стану хлоропластів під впливом кислотного дощу вказує на розвиток стресових реакцій. Отримані результати дають можливість використовувати показники вмісту пігментів як індикатори стану фотосинтетичної системи P. abies (L.) Karst. в умовах глобальних екологічних змін. На основі проведених досліджень визначено, що найбільші зміни виявлено під впливом підвищеної температури, яка призвела до зменшення ЧПП на 83%. Тривала дія кислотного дощу викликала накопичення гормонів старіння та розвиток стресового синдрому за Г. Сельє. Скорочення ВПП і ЧПП свідчить про виснаження ресурсів стійкості рослин, що є критично важливим для стабільності лісових екосистем. Отримані результати дають змогу використовувати вміст пігментів як чутливі індикатори стану рослин під впливом абіотичних стресів. Дослідження під- креслює важливість моніторингу змін у лісових екосистемах у контексті глобальних екологічних викликів.

Посилання

Kiriziy, D.A. (2023). Priming and cross-adaptation of plants to abiotic stresses: state of the problem and prospect. Fiziol. rast. genet., 55 (2), 95–118. DOI: https://doi.org/10.15407/frg2023.02.095 [in English].

Liu, H.-L. & Shen, Y.S. (2014). The impact of green space changes on air pollution and microclimates: a case study of the Taipei metropolitan area. Sustainability, 6, 8827–8855. DOI: https://doi.org/10.3390/su6128827 [in English].

Rohach, V.V., Kuryata, V.G., Stasik, O.O. et al. (2024). Effect of growth promotors on morphogenesis, photosynthetic apparatus, productivity and residual substances content in sweet pepper (Capsicum annuum) fruits. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 15 (2), 189–197. DOI: https://doi.org/10.15421/022428 [in English].

Korotkova, I., Chaika, T., Romashko, T. & Rybalchenko, A. (2022). Vmist fotosyntetychnykh pihmentiv u roslynakh pshenytsi polby yak kryterii produktyvnosti za tradytsiinoi ta orhanichnoi tekhnolohii vyroshchuvannia [Photosynthetic Pigments Content in Emmer Wheat Plants as Criteria of Productivity in Traditional and Organic Farming Technology]. Innovative Biosystems and Bioengineering, 6 (1), 31–39. DOI: https://doi.org/10.20535/ibb.2022.6.1.255277 [in Ukrainian].

Gupta, R., Prasad, R.R. & Wahid Ansari, M. (Ed.). Dynamic Photosynthetic Apparatus in Plants Combats Climate Change. DOI: https://doi.org/10.1002/9781119858553.ch8 [in English].

Allakhverdiev, S.I. (2020). Editorial for the special issue on photosynthesis and hydrogen energy research for sustainability-2019. Photosynth. Res., 146, 1–3. DOI: https://doi.org/10.1007/s11120-020-00764 [in English].

Allakhverdiev, S.I. (2020). Optimising photosynthesis for environmental fitness. Funct. Plant Biol., 47, 11. DOI: https://doi.org/10.1071/FPv47n11_FO [in English].

Brestic, M., Yang, X., Li, X. & Allakhverdiev, S.I. (2021). Crop photosynthesis for the twenty-first century. Photosynth. Res., 150 (1–3), 1–3. DOI: https://doi.org/10.1007/s11120-021-00869-5. PMID: 34674 135 [in English].

Gupta, R. (2019). Tissue specific disruption of photosynthetic electron transport rate in pigeonpea (Cajanuscajan L.) under elevated temperature. Plant Signal Behav., 14 (6), 1601952. DOI: https://doi.org/10.1080/15592324.2019.16019 [in English].

Gupta, R. (2020). The oxygen-evolving complex: a super catalyst for life on earth, in response to abiotic stresses. Plant Signal. Behav., 15 (12), 1824721. DOI: https://doi.org/10.1080/15592324.2020.18247 [in English].

Gupta, R., Sharma, R.D. & Singh, M. (2020). Energy dissipation and photosynthetic electron flow during the transition from juvenile red to mature green leaves in mango (Mangifera indica L.). Plant Biosyst., 155 (2), 1–12. DOI: https://doi.org/10.1080/11263504.2020.18108 [in English].

Gupta, R., Sharma, R.D., Rao, Y.R. et al. (2021). Acclimation potential of Noni (Morinda citrifolia L.) plant to temperature stress is mediated through photosynthetic electron transport rate. Plant Signal. Behav., 16 (3), 1865687. DOI: https://doi.org/10.1080/15592324.2020.186568 [in English].

Gupta, R., Ansari, A. & Vema, C.L. (2022). Physiological responses and adaptation mechanisms in plants to elevated temperature. Understanding Abiotic Stress, 133–152 [in English].

Ahmadi-Lahijani, J.M. & Moori, S. (2023). Photosynthetic Response and Adaptation of Plants in Perspective of Global Climate Change. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.109544 [in English].

Yang, F., Tan1, J., Shi, Z.B. et al. (2012). Five-year record of atmospheric precipitation chemistry in urban Beijing, China. Atmospheric Chemistry and Physics, 12, 2025–2035 [in English].

Heretsun, H.M., Masikevich, Yu.H. & Holyonko, R.A. (2019). Analiz zabrudnennia atmosfernykh opadiv domishkamy na vulytsiakh mista [Analysis of Atmospheric Deposit Pollution by Impurities in City Streets]. Naukovyi visnyk NLTU Ukrainy — Scientific Bulletin of UNFU, 29 (1), 66–69. DOI: https://doi.org/10.15421/40290114 [in Ukrainian].

Mirzaei, S., Hashemi, H. & Hoseini, M. (2018). Concentration and potential source identification of trace elements in wet atmospheric precipitation of Shiraz, Iran. J. Environ Health Sci Eng., 16 (2), 229–237. DOI: https://doi.org/10.1007/s40201-018-0310-x [in English].

Masikevich, A.Yu. (2019). Fotosyntetychni indykatory stanu zabrudnennya atmosfernoho povitrya Pokuts’ko-Bukovyns’kykh Karpat [Photosynthetic indicators of the atmospheric air pollution status of the Pokutsko-Bukovinian Carpathians]. Naukovyi visnyk NLTU Ukrainy — Scientific Bulletin of UNFU, 29 (9), 87–91. DOI: https://doi.org/10.36930/40290915 [in Ukrainian].

Deeva, А.М., Lazaruk, G.V., Pavlovskii, N.B. et al. (2021). Dynamics of photosynthetic pigments content in leaves of Vaccinium corymbosum L. during vegetation. Fiziol. rast. genet., 53, 1, 55–62. DOI: https://doi.org/10.15407/frg2021.01.055 [in English].

Shupranova, L.V., Lykholat, Yu.V., Khromykh, N.O. et al. (2017). Reaktsiia fotosyntetychnoho aparatu predstavnyka ekstrazonalnoi roslynnosti stepu Quercus robur na zabrudnennia atmosfery transportnymy emisiiam [Response of the photosynthetic apparatus of the extrasonic vegetation of the Quercus robur steppe vegetation to atmospheric pollution by transport emissions]. Biosyst. Divers., 25 (4), 268–273. DOI: https://doi.org/10.15421/011741 [in Ukrainian].

Popek, R., Przybysz, A., Gawrosska, H. et al. (2018). Impact of particulate matter accumulation on the photosynthetic apparatus of roadside woody plants growing in the urban conditions. Ecotoxicology and Environmental Safety, 163, 56–62. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.07.051 [in Еnglish].

Lu, T., Lin, X., Chen, J. et al. (2019). Atmospheric particle retention capacity and photosynthetic responses of three common greening plant species under different pollution levels in Hangzhou. Global Ecology and Conservation, 20. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gecco.2019.e00783 [in Еnglish].

Shepelyuk, M., Kovalevskiy, S. & Kytaiev, O. (2017). Fluorestsentsiia khlorofilu ta yii induktsiini zminy v lystkakh derevnykh roslyn v umovakh urbanizovanoho seredovyshcha mista Lutska [Chlorophyl Fluorescence and its Induction Changes in the Leaves of Woody Plants in the Conditions of Urban Environment of Lutsk]. Naukovyi visnyk NLTU Ukrainy — Scientific Bulletin of UNFU, 27 (1), 101–105. URL: http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/173 [in Ukrainian].

Morozova, T.V. (2020). Aspekty ekolohichnoho monitorynhu [Aspects of environmental monitoring]. Kyiv [in Ukrainian].

Mudrak, O.V. & Morozova, T.V. (2023). Efektyvnist suputnykovykh danykh u systemi ahroekolohichnoho monitorynhu [Efficiency of satellite data in the agroecological monitoring system]. Ahroekolohichnyi zhurnal — Journal of Agroecology, 3, 53–61. DOI: https://doi.org/10.33730/2077-4893.3.2023.287763 [in Ukrainian].

Morozova, T.V. (2005). Riznorivneva bioindykatsiina otsinka slabkourbanizovanykh selytebnykh terytorii Chernivetskoi oblasti [Multilevel Bioindication Assessment of Sparsely Urbanized Residential Areas of Chernivtsi Region]. Extended abstract of candidate’s thesis. Chernivtsi [in Ukrainian].

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-11-14

Номер

№ 4 (2024)

Розділ

Статті

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Авторське право і ліцензування

Умови ліцензії: автори зберігають авторські права і надають журналу право першої публікації з роботою, одночасно ліцензованої за ліцензією Creative Commons Attribution License International CC-BY, яка дозволяє іншим ділитися роботою з визнанням авторства роботи і початкової публікації в цьому журналі.

Якщо стаття прийнята до публікації в «Агроекологічний журнал», автор повинен підписати угоду про передачу авторських прав. Угода відправляється на поштову (оригінал) або адресу електронної пошти (відсканована копія) редакції журналу.

Цією угодою автор підтверджує, що представлені матеріали:

  • не порушують авторських прав інших осіб або організацій;
  • раніше не публікувались в інших видавництвах і не були представлені для публікації в інших виданнях.

Автор передає редакції «Агроекологічного журналу» права на:

  • публікації статті українською (англійською) мовою і поширення її друкованої копії;
  • поширення електронної копії статті, а також електронної копії перекладу статті на англійську мову (для статей українською мовою), будь-якими електронними засобами (розміщення на офіційному сайті журналу, електронних баз даних, сховищ тощо) друкована копія перекладу.

Автор залишає за собою право без згоди редакції та засновників:

  1. Використовувати матеріали статті повністю або частково в ознайомлювальних цілях.
  2. Використовувати матеріали статті повністю або частково для написання власних дисертацій.
  3. Використовувати матеріали статті для підготовки тез доповідей, доповідей конференцій, а також усних доповідей.
  4. Додати електронні копії статті (включаючи остаточну електронну копію, завантажену з офіційного сайту журналу) за адресою:
    • персональні веб-ресурси всіх авторів (веб-сайти, веб-сторінки, блоги тощо);
    • веб-ресурси установ, в яких працюють автори;
    • некомерційні веб-ресурси відкритого доступу (наприклад, arXiv.org).

У всіх випадках наявність бібліографічного посилання на статтю або гіперпосилання на її електронну копію на офіційному сайті журналу є обов'язковим.