ECO-PHYSIOLOGICAL MONITORING OF PINE (PINUS SYLVESTRIS L.) STABILITY UNDER ANTHROPOGENIC CONDITIONS

С.А. Сергейчик

Abstract


Air pollution by industrial emissions of toxic ingredients in the concentration range from background to tolerated limit is an environmental factor impairing the physiological and biochemical conditions of the assimilation apparatus of the main forest-forming species of Belarus, Scots pine (Pinus sylvestris L.), before visually detectable symptoms of damage to needles become apparent. Under the effect of air pollution, pine needles were shown to have a decreased content of the pigments of photosynthesis, chlorophyll and carotenoids, increased activities of peroxidase and polyphenol oxidase, inhibited primary light reactions of photosynthesis (Hill reaction and cyclic and non-cyclic phosphorylation), and decreased coupling of electron transport with photophosphorylation (P/2e–). These findings suggest a compromised stability of pine phytocenoses in man-impacted environments.

Keywords


Scots pine, air pollution, pigments, enzymes, monitoring

References


Акимова ЕФ, Кузьмин АП, Хаскин ВВ. Экология: Природа – Человек – Техника. М.: ЮНИТИ-ДАНА; 2001.

Барахтенова ЛА, Николаевский ВС. Влияние сернистого газа на фотосинтез растений. Новосибирск: Наука; 1988.

Шуберт Р., ред. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. М.: Мир; 1988.

Гавриленко ВФ, Ладыгина МЕ, Хандобина ЛМ. Большой практикум по физиологии растений. Фотосинтез. Дыхание. М.: Высшая школа; 1975.

Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды. М.: Мир; 1979.

Илькун ГМ. Загрязнители атмосферы и растения. Киев: Наукова думка; 1978.

Коршиков ИИ, Котов ВС, Михеенко ИП, Игнатенко АА, Чернышев ЛВ. Взаимодействие растений с техногенно загрязненной средой. Устойчивость. Фитоиндикация. Оптимизация. Киев: Наукова думка; 1995.

Кулагин ЮЗ. Лесообразующие породы, техногенез и прогнозирование. М.: Наука; 1980.

Кулагин ЮЗ. Индустриальная дендроэкология и прогнозирование. М.: Наука; 1985.

Сидорович ЕА, ред. Лесные ландшафты Беларуси. Минск: Навука i тэхнiка; 1992.

Алексеев ВА, ред. Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение. Л.: Наука; 1992.

Могилева ГА, Сахарова ОВ, Заленский МИ. Методика массовых определений фотохимической активности и фотофосфорилирования на пшенице. Труды по прикладной ботанике, генетике, селекции. 1978;61(3):111-8.

Николаевский ВС. Биологические основы газоустойчивости растений. Новосибирск: Наука; 1979.

Нобл РД, Такемото БК. Влияние двуокиси серы на фотосинтез. В кн.: Взаимодействие лесных экосистем и атмосферных загрязнителей. Ч. 2. Таллин; 1982. с. 9-25.

Петренко СГ, Берштейн БИ, Волкова НВ. О механизме участия каротиноидов в образовании АТФ в хлоропластах. В кн.: Физиология и биохимия культурных растений. Т. 2. М.; 1970. c. 431-41.

Сапожников АП. Некоторые аспекты исследования виолоксантинового цикла. В кн.: Хлорофилл. Минск: Наука и техника; 1974. с. 110-9.

Сергейчик СА. Устойчивость древесных растений в техногенной среде. Минск: Навука i тэхнiка; 1994.

Сергейчик СА, Сергейчик АА, Сидорович ЕА. Экологическая физиология хвойных пород Беларуси в техногенной среде. Минск: Беларуская навука; 1998.

Синещеков ВА, Гостимский СА, Беляева ОВ. Исследование комплекса хлорофилл а – каротин и миграция энергии с пониженным содержанием пигментов. Научные доклады высшей школы. Биологические науки. 1982;(7):29-38.

Сергейчик СА. Экология. Минск: Современная школа; 2010.

Смит УХ. Лес и атмосфера. Взаимодействие между лесными экосистемами и примесями атмосферного воздуха. М.: Прогресс; 1985.

Тарабрин ВП, Кондратюк ЕН, Башкатов ВГ. Фитотоксичность органических и неорганических загрязнителей. Киев: Наукова думка; 1986.

Шевякова НИ. Метаболизм серы в растениях. М.: Наука; 1979.

Шульц Х. Биохимическая индикация хвои – способ раннего распознавания эффектов повреждения. В кн.: Биоиндикация и биомониторинг. М.: Наука; 1991. с. 70-8. 25. Фрэй ТЭА. Экофизиологические аспекты проблемы усыхания лесов. В кн.: Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. М.: Наука; 1987. с. 139-42.

Akimova YeYe, Kuzmin AP, Haskin VV. Ekologiya: Proroda – Chelovek – Tekhnika. Moscow: UNITY-DANA; 2001. (In Russ.)

Barakhtenova LA, Nikolayevskiy VS. Vliyaniye Sernistogo Gaza na Fotosintez Rasteniy [Effects of sulfur dioxide on photosynthesis in plants]. Novosibirsk: Nauka; 1988. (In Russ.) 3. R. Schubert, ed. Bioindikatsiya Zagrizneniy Nazmnykh Ekosystem [Bioindication of Pollution of Terrestrial Ecosystems]. Moscow: Mir; 1988. (In Russ., translated from German)

Gavrilenko VF, Ladygina ME, Handobina LM. Bolshoy Praktikum po Fizioloii Rasteniy. Fotosintes. Dyhkaniye [Comprehensive Tutorial of Plant Physiology. Photosynthesis. Breathing]. Moscow: Vysshaya Shkola; 1975. (In Russ.)

Guderian R. Zagriazneniye Vozdushnoy Sredy [Air Pollution]. Moscow: Mir; 1979. (In Russ.)

Ilkun GM. Zagriazniteli Atmosfery i Rasteniya [Air Pollutants and Plants]. Kiev: Naukova Dumka, 1978. (In Russ.)

Korshikov II, Kotov VS, Mikheyenko IP, Ignatenko AA, Chernyshev LV. [Vzaimodeystviye Rasteniy s Tekhnogenno Zagriaznennoy Sredoy. Ustoychivost’. Fitoindikatsiya. Optimizatsiya [Plants Interaction with Anhtropogenically Polluted Environment: Tolerance, Phytoindication, and Optimization]. Kiev: Naukova Dumka; 1995. (In Russ.)

Kulagin YuZ. Lesoobrazuyuschiye Porody, Tekhnogenez i Prognozirovaniye [Wood-Forming Plant Species, Technogenesis and Forecasting]. Moscow: Nauka; 1980. (In Russ.)

Kulagin YuZ. Industrialnaya Dendroekologiya i Prognozirovaniye [Industrial Dendroecology and Forecasting]. Moscow: Nauka; 1985. (In Russ.)

Sidorovich YeA, ed. Lesnye Landshafty Belarusi [Forest Landscapes of Belarus] Minsk: Navuka i Tekhnika; 1992. (In Russ.)

Alekseyev VA, ed. Lesnye Ekosystemy i Atmosfernoye Zagriazneniye [Forest Ecosystems and Air Pollution]. Leningrad: Nauka; 1992. (In Russ.)

Mogilev GA, Sakharov OV, Zalensky MI. [The technique of mass determination of photochemical activity and phosphorylation in wheat. Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii. 1978;61(3):111-8. (In Russ.)

Nikolayevskiy VS. Biologicheskiye Osnovy Gazoustoychivosti Rasteniy [The Biological Basis of Gas Resistance of Plants]. Novosibirsk: Nauka; 1979. (In Russ.)

Noble RD, Takemoto BK. Effects of sulfur dioxide on photosynthesis. In: Vzaimodeystviye Lesnykh Ekosystem i Atmosfernykh Zagriazniteley [Interaction of Forest Ecosystems and Atmospheric Pollutants. Part 2]. Tallinn; 1982. p. 9-25.

Petrenko SG, Bernstein BI, Volkova NV. On the mechanism of participation of carotenoids in the ATP formation of in chloroplasts. In: Fiziologiya i Biokhimiya Kulturnykh Rasteniy [Physiology and Biochemistry of Cultivated Plants]. Moscow; 1970. Vol. 2. p. 431-41. (In Russ.)

Sapozhnikov AP. [Some aspects of studying the violoxanthine cycle]. In: Khlorofill. Minsk: Nauka i Tekhnika; 1974. p. 110-19. (In Russ.)

Sergeichik SA. Ustouchivost’ Drevesnykh Rasteniy v Tekhnogennoy Srede [Stability of Woody Plants in Man-Impacted Environment]. Minsk: Navuka i Tekhnika; 1994. (In Russ.)

Sergeichik SA, Sergeichik AA, Sidorovich EA. Ekologicheskaya Fiziologiya Khvoinykh Porod Belarisi v Tekhnogennoy Srede [Environmental Physiology of Belarus Conifers in Anthropogenic Environment]. Minsk: Belaruskaya Navuka; 1998. (In Russ.)

Sineschshekov VA, Gostimsky SA, Belyaeva OV. [A Study of the complex of chlorophyll a and carotene and of energy migration reduced pigment content]. Nauchnye Doklady Vyschey Shkoly Biologicheskiye Nauki. 1982;(7):29-38. (In Russ.)

Sergeichik SA. Ekologiya. Minsk: Sovremennaya Shkola; 2010. (In Russ.)

Smith WH. Les i Atmosfera. Vzaimodeystviye Mezhdu Lesnymi Ekosistemami I Primesiami Atmosfernogo Vozdugha [The Forest and the atmosphere. The Interaction Between Forest Ecosystems and Air Impurities]. Moscow: Progress; 1985. (In Russ, translated from English.)

Tarabrin VP, Kondratiuk EN, Bashkatov VG. Fitotoksichnost’ Organicheskikh i Neorganicheskikh Zagriazniteley [Phytotoxicity of organic and inorganic contaminants]. Kiev; Naukova Dumka; 1986. (In Russ.)

Shevyakova NI. Metabolizm Sery v Rasteniyakh [Sulfur Metabolism in Plants]. Moscow: Nauka; 1979. (In Russ.)

Schultz H. [Biochemical indication of acerose foliage for early detection of the effects of damage. In: Bioindikatsiya i Biomonotoring [Bioindication and Biomonitoring]. Moscow: Nauka; 1991. p. 70- 8. (In Russ.)

Frey TEA. [Ecophysiological aspects of forests desiccation]. In: Vliyaniye Promyshlennykh Predpriyatiy na Okruzhayuschuyu Sredu [The impact of Industrial Enterprises on the Environment. Moscow: Nauka; 1987. p. 139-42. (In Russ.)

Britton G. Carotenoid biosynthesis – a target for the herbicide activity. Z Naturforsch. 1979:34(11):979-85.

Ellenson JL, Amundson RS. Delayed light imaging for the early detection of plant stress. Science. 1982;215:1102-06.

Karweta S, Godzik S, Poborski P, Staszewski P. Stan zagrozeenia wybranych elementow srodowiska przyrodniczego w regione Sitkowki-Nowin. Arch Ochr Srod. 1984;3-4:61-80. 29. McCord JH, Day ED. Superoxide dependent production of hydroxyl radical catalysed by iron/ EDTA complex. FEBS Lett. 1987;86:139-41.

Olszyk DM, Bytnerowichz A, Fox CA, Kats G, Dawson PJ,Wolf J. Injury and physiological responses of Larrea tridentate (DC.) coville exposed in situ to sulfur dioxide. Environ Pollut. 1987;48:197-211.

Poovaiach BW, Leopold AC. Effects of inorganic salts on tissue permeability. Plant Physiol. 1976;58:182-5.

Puckett KJ, Nieboer E, Flora WP, Richardson DHS. Sulphur dioxide effect on photosynthetic 14C fixation in lichens and suggested mechanisms of phytotoxicity. New Phytol. 1973;72:141-154.

Himazaki K, Sugahara K. Inhibition site of the electron transport system in lettuce chloroplasts by fumigation of leaves with SO2. Plant and Cell Physiol. 1980;21:125-35.

Silvius JE, Ingle M, Baer CH. Sulfur dioxide inhibition of photosynthesis in isolated spinach chloroplasts. Plant Physiol. 1975;56:434-7.

Wellburn AR, Higginson C, Robinson D, Walmley C. Biochemical explanations of more than additive inhibitory effects of low atmospheric levels of sulfur dioxide plus nitrogen dioxide upon plant. New Phytol. 1981;88:223-7.

Ziegler I. The effect of SO2 pollution on plants metabolism. Residue Rev. 1975;56:79-105.

Ziegler I, Hampp R. Control of 35 SO4 2– and 35SO3 2– incorporation into spinach chloroplasts during photosynthetic CO2 fixation. Planta. 1977;137:303-7.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v7i4.123

Refbacks

  • There are currently no refbacks.