SEASONAL CHANGES IN PHOTOSYNTHETIC PIGMENTS CONTENTS IN THE MAPLES ACER CAMPESTRE L., A. NEGUNDO L. AND A. SACCHARINUM L. IN ROSTOV-ON-DON

М.А. Игнатова, Б.Л. Козловский, П.А. Дмитриев, М.В. Куропятников, Т.В. Вардуни

Abstract


The objective of the study carried out at Botanical Garden of Southern Federal University (Rostov-on-Don, Russia) was to assess the seasonal changes in photosynthetic pigments contents in the leaves of the maples Acer campestre L., A. negundo L., and A. saccharinum L. Leaves samples were collected from selected maple trees once a week. The contents of chlorophylls and carotenoids were determined spectrophotometrically and expressed per leaf area (mg/dm2). Similar seasonal changes in chlorophylls a and b in A. campestre, A. saccharinum, and A. negundo have been found. At the same time, the seasonal changes in carotenoids contents in A. campestre differs from those in A. saccharinum and A. negundo. The qualitative and quantitative parameters of the seasonal changes in chlorophylls a and b and carotenoids differ from each other, regardless of species. All maple species differ significantly in the mean contents of photosynthetic pigments, the highest one featured by A. campestre. Using the analysis of variance, variations in the contents of photosynthetic pigments during a season were assessed. Chlorophyll variability is highest in A. campestre and lowest in A. negundo. A very large difference of A. campestre from A. saccharinum and A. negundo was found in the variation of carotenoid contents. The response of photosynthetic pigments to changes in climatic factors is higher in A. campestre than in A. saccharinum and A. negundo. These findings suggest that drought adaptation strategy of A. campestre is active, whereas that of A. saccharinum and A. negundo is passive.
Keywords: chlorophyll, carotenoids, maple, adaptation, climatic factors.

Keywords


chlorophyll, carotenoids, maple, adaptation, climatic factors


Как процитировать материал

References


Абдуррахманова ИГ. Новый метод определения общего содержания хлорофилла в кроне растений. Теоретическая и прикладная экология. 2016;(2):20-4.

Агроклиматические ресурсы Ростовской области. Л.: Гидрометеоиздат, 1972.

Белова ТА, Бабкина ЛА. Изменение содержания хлорофиллов и каротиноидов в листьях древесных растений средней полосы России. Auditorium. 2017,14(2):34-8. URL: https://auditorium.kursksu.ru/#new-number?id=67.

Бессчетнов ВП, Воробьев РА, Горюнов МИ. Содержание хлорофилла в хвое представителей рода ель (Picea L.) в условиях интродукции в Нижегородскую область. В кн.: Труды факультета лесного хозяйства Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии: сборник научных статей. Нижний Новгород: Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, 2011. С. 49-56.

Генкель ПА. Физиология растений с основами микробиологии. М.: Просвещение, 1965.

Гусев МВ. Малый практикум по физиологии растений. М.: МГУ, 1982.

Ерошенко ФВ, Сторчак ИГ, Шестакова ЕО. Связь вегетационного индекса NDVI с содержанием хлорофилла в растениях озимой пшеницы. Аграрный вестник Урала. 2018,171(4):2. DOI: 10.25930/1se7-wj26.

Заплатин БП. Биотестирование атмосферных загрязнений по содержанию хлорофилла и активности полифенолоксидазы. Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского. 2008;(14):82-7.

Зозулин ГМ, Федяева ВВ, редакторы. Флора Нижнего Дона (определитель). Ростов-на-Дону: Ростовский государственный университет; 1984.

Зозулин ГМ. Леса Нижнего Дона. Ростов-на-Дону: Ростовский государственный университет; 1992.

Золотухин АИ, Супига ЕМ. Сорные древесные растения. В кн.: Вопросы экологии охраны природы в лесостепной и степной зонах. Самара: Самарский университет; 1999:192-6.

Иванов ЛА, Иванова ЛА, Ронжина ДА, Юдина ПК. Изменение содержания хлорофиллов и каротиноидов в листьях степных растений вдоль широтного градиента на Южном Урале. Физиология растений. 2013;60:856. DOI: 10.7868/S0015330313050072.

Иванов ЛА, Ронжина ДА, Юдина ПК, Золотарева НВ, Калашникова ИВ, Иванова ЛА. Сезонная динамика содержания хлорофиллов и каротиноидов в листьях степных и лесных растений на уровне вида и сообщества. Физиология растений. 2020;67(3):278-88. DOI: 10.31857/S0015330320030112.

Климат Ростова-на-Дону. Л.: Наука, 1987.

Козловский БЛ, Куропятников МВ, Федоринова ОИ. Основной и дополнительный ассортимент древесных растений для зеленого строительства на юго-западе Ростовской области. Инженерный вестник Дона. 2013,25(2):1-16. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_54_Kozlovsky.pdf_1633.pdf.

Козловский БЛ, Куропятников МВ, Федоринова ОИ. Фенология древесных интродуцентов Ботанического сада ЮФУ. Ростов-на-Дону, Таганрог: Южный федеральный университет, 2020.

Козловский БЛ, Куропятников МВ, Федоринова ОИ. Эколого-биологическая характеристика древесных растений урбанофлоры Ростова-на-Дону. Известия Иркутского государственного университета. Сер. Биол. Экол. 2011, 4(2):38-43.

Козловский БЛ, Огородников АЯ, Огородникова ТК, Куропятников МВ, Федоринова ОИ. Цветковые древесные растения Ботанического сада Ростовского университета: экология, биология, география. Ростов-на-Дону: Старые русские, 2000.

Козловский БЛ. Огородникова ТК, Куропятников МВ, Федоринова ОИ. Ассортимент древесных растений для зеленого строительства в Ростовской области. Ростов-на-Дону: Южный федеральный университет, 2009.

Кузнецов РВ, Осипова ЕА, Помогайбин ЕА. Особенности сезонной динамики фотосинтетических пигментов в листьях некоторых древесных интродуцентов в лесостепи Среднего Поволжья. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009;11(1, Часть 4):715-8.

Кутузова ОГ, Якушевская ЕБ. Зависимость содержания хлорофилла в листьях Ulmus pumila L. от концентрации тяжелых металлов. Известия Уфимского научного центра РАН. 2013,(3):118-20.

Назарова ЮВ, Михайлова ИВ, Карманова ДС. Анализ содержания магния и хлорофилла в Urtica dioica, произрастающей на территории Оренбургской области. В кн.: Научные исследования: теория, методика и практика. Чебоксары: Центр научного сотрудничества «Интерактив плюс»; 2017. С. 35-8.

Огородников АЯ. Методика визуальной оценки биоэкологических свойств древесных растений в населенных пунктах степной зоны. В кн.: Итоги введения растений. Ростов-на-Дону: РГУ; 1993. С. 50-8.

Параскевопуло МФ, Сунцова ЛН, Иншаков ЕМ. Изучение пигментного состава некоторых видов древесных растений в условиях техногенного загрязнения города Красноярска. Хвойные бореальной зоны. 2017;35(1-2):54-9.

Плохинский НА. Биометрия. М.: МГУ, 1970.

Погода и климат. URL: http://pogodaiklimat.ru (дата обращения: 16.07.2020).

Сарсацкая АС. Содержание фотосинтетических пигментов у древесных пород городских насаждений. Вестник КемГУ. Серия: Биологические, технические науки и науки о Земле. 2017;(4):9-14.

Скочилова ЕА, Закамская ЕС. Влияние городской среды на содержание хлорофилла и аскорбиновой кислоты в листьях Tilia cordata (Tiliaceae). Растительные ресурсы. 2013; 49(4):541-7.

Соколова ГГ, Богатова ВА. Динамика содержания хлорофиллов в листьях березы повислой (Betula pendula Roth), произрастающей в парках города Барнаула. Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии. 2019;(18):531-4. DOI: 10.14258/pbssm.2019112.

Федоринова ОИ, Куропятников МВ, Козловский БЛ. Итоги интродукционного испытания видов рода клен (Acer L.) в Ботаническом саду Южного федерального университета. Ростов-на-Дону: Южный федеральный университет; 2017.

Шаркаева ЭШ, Лукаткин АС. Влияние урбанизированной среды на морфологические показатели и содержание хлорофилла в хвое сосны обыкновенной. В кн.: Проблемы озеленения крупных городов. Сборник материалов XVII международной научно-практической конференции: 2016 август 24-5. Москва: ВДНХ, 2016. С. 137-9.

Яшин ДА, Зайцев ГА. Содержание пигментов фотосинтеза в листьях березы повислой (Betula pendula Roth) и дуба черешчатого (Quercus robur L.) в условиях Уфимского промышленного центра. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2015;17(6):274-7.

Abdurrakhmanova IG. [A new method for determination of total chlorophyll in plant heads]. Teoreticheskaya i Prikladnaya Ekologiya. 2016:(2):20-4. (In Russ.)

Agroklimaticheskiye Resursy Rostovskoy Oblasti. Leningrad: Gidrometioizdat, 1972. (In Russ.)

Belova TA, Babkina LA. [Changes in the content of chlorophyll and carotenoids in the leaves of trees growing in Middle Russia]. Auditorium. 2017;14(2):34-8. URL: https://auditorium.kursksu.ru/#new-number?id=67. (In Russ.)

Besschetnov VP, Vorobyev RA, Goriunov MI. [Chlorophyll content in the needles of Picea species introduced in Nizhegorodskaya Oblast]. In: Trudy Fakulteta Lesnogo Khozyaystva Nizhegorodskoy Gosudarstvennoy Selskokhoziaystvennoy Akademii. Nizhniy Novgorod: Nizhegorodskaya Gosudarstvennaya Selskokhozyaystvennaya Akademiya, 2011. P. 49-56. (In Russ.)

Genkel PA. Fiziologiya Rasteniy s Osnovami Mikrobiologii. Moscow: Prosveshcheniye, 1965. (In Russ.)

Gusev MV. Malyy Praktikum po Fiziologii Rasteniy. Moscow: MGU, 1982. (In Russ.)

Yeroshenko FV, Storchak IG, SHestakova YEO. [An association of the vegetation index NVDI with chlorophyll content in winter wheat plants]. Agrarnyi Vestnik Urala. 2018;171(4):2. DOI: 10.25930/1se7-wj26. (In Russ.)

Zaplatin BP. [Using chlorophyll content and polyphenol oxidase activity for biological testing of air pollution]. Izvestiya Penzenskogo Gosudarstvennogo Pedagogicheskogo Universiteta im. V.G. Belinskogo. 2008;(14):82-7. (In Russ.)

Zozulin GM, Fedyayeva VV, eds. Flora Nizhnego Dona (Opredelitel). Rostov-on-Don: RGU; 1984. (In Russ.)

Zozulin GM. Lesa Nizhnego Dona. Rostov-on-Don: RGU, 1992. (In Russ.)

Zolotukhin AI, Supiga YEM. [Undesirable arboreal plants]. In: Voprosy Ekologii Okhrany Prirody v Lesostepnoy i Stepnoy Zonakh. Samara: Samarskiy Universitet; 1999. P. 192-6. (In Russ.)

Ivanov LA, Ivanova LA, Ronzhina DA, YUdina PK. [Changes in chlorophyll and carotenoids contents in the leaves of steppe plants along the latitudinal gradient in South Urals]. Fiziologiya Rasteniy. 2013;60:856. DOI: 10.7868/S0015330313050072. (In Russ.)

Ivanov LA, Ronzhina DA, Yudina PK, Zolotareva NV, Kalashnikova IV, Ivanova LA. [Seasonal changes in chlorophyll and carotenoids contents in the leaves of steppe and forest plants at the species and community levels]. Fiziologiya Rasteniy. 2020,67(3):278-88. DOI: 10.31857/S0015330320030112. (In Russ.)

Klimat Rostova-na-Donu. Leningrad: Nauka; 1987. (In Russ.)

Kozlovskiy BL, Kuropiatnikov MV, Fedorinova OI. [The main and additional assortments of tress for greening purposes in the southwest of Rostov Region]. Inzhenernyi Vestnik Dona. 2013;25(2):1-16. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_54_Kozlovsky.pdf_1633.pdf. (In Russ.)

Kozlovskiy BL, Kuropiatnikov MV, Fedorinova OI. Fenologiya Drevesnykh Introdutsentov Botanicheskogo Sada YUFU. Rostov-on-Don, Taganrog: Yuzhnyy Federalnyy Universitet; 2020. (In Russ.)

Kozlovskiy BL, Kuropiatnikov MV, Fedorinova OI. [Ecological and biological characteristics of trees in the urban flora of Rostov-on-Don]. Izvestiya Irkutskogo Gosudarstvennogo Universiteta Seriya Biologiya Ekologiya. 2011;4(2):38-43. (In Russ.)

Kozlovskiy BL, Ogorodnikov AYA, Ogorodnikova TK, Kuropiatnikov MV, Fedorinova OI. Tsvetkovye Drevesnye Rasteniya Botanicheskogo Sada Rostovskogo Universiteta: Ekologiya, Biologiya, Geografiya. Rostov-on-Don: Starye Russkiye, 2000. (In Russ.)

Kozlovskiy BL. Ogorodnikova TK, Kuropiatnikov MV, Fedorinova OI. Assortiment Drevesnykh Rasteniy Dlya Zelenogo Stroitelstva v Rostovskoy Oblasti. Rostov-on-Don: Yuzhnyi Federalnyi Universitet, 2009. (In Russ.)

Kuznetsov RV, Osipova YEA, Pomogaybin YEA. [Specific features of seasonal changes in photosynthetic pigments in leaves of some introduced trees in the forest-steppe regions around Middle Volga]. Izvestiya Samarskogo Nauchnogo Tsentra Rossiyskoy Akademii Nauk. 2009;11(1, Pt. 4):715-8. (In Russ.)

Kutuzova OG, Yakushevskaya YeB. [The dependence of chlorophyll content on heavy metals in the leaves of Ulmus pumila L.]. Izvestiya Ufimskogo Nauchnogo Tsentra RAN. 2013;(3):118-20. (In Russ.)

Nazarova YUV, Mikhaylova IV, Karmanova DS. [Analysis of magnesium and chlorophyll contents in Urtica dioica growing in the territory of Orenburg Region]. In: Nauchnye Issledovaniya: Teoriya, Metodika i Praktika. Cheboksary: Tsentr Nauchnogo Sotrudnichestva «Interaktiv Plus»; 2017. P. 35-8. (In Russ.)

Ogorodnikov AYA. [Methodology of visual assessment of bioecological properties of trees in settlements located in the steppe zone]. In: Itogi Vvedeniya Rasteniy. Rostov-on-Don: RGU; 1993. P. 50-8. (In Russ.)

Paraskevopulo MF, Suntsova LN, Inshakov YEM. [Studies of the pigment composition of some tree species under anthropogenic pollution in Krasnoyarsk]. Khvoynye Borealnoy Zony. 2017;35(1-2):54-9. (In Russ.)

Plokhinskiy NA. Biometriya. Moscow: MGU, 1970. (In Russ.)

Pogoda i Klimat. URL: http://pogodaiklimat.ru (Accession date: 16.07.2020). (In Russ.)

Sarsatskaya AS. [Photosynthetic pigments contents in trees of urban green areas]. Vestnik KemGU. Seriya Biologicheskiye, Tekhnicheskiye Nauki i Nauki o Zemle. 2017;(4):9-14. (In Russ.)

Skochilova YeA, Zakamskaya YeS. [The influence of urban environment on chlorophyll and ascorbic acid contents the leaves of Tilia cordata (Tiliaceae). Vliyaniye gorodskoy sredy na soderzhaniye khlorofilla i askorbinovoy kisloty v listyakh Tilia cordata (Tiliaceae)]. Rastitelnye Resursy. 2013;49:541-7. (In Russ.)

Sokolova GG, Bogatova VA. [Changes in chlorophyll contents in the leaves of the birch Betula pendula Roth. growing in city parks of Barnaul]. Problemy Botaniki Yuzhnoy Sibiri i Mongolii. 2019;(18):531-4. DOI: 10.14258/pbssm.2019112. (In Russ.)

Fedorinova OI, Kuropyatnikov MV, Kozlovskiy BL. Itogi Introduktsionnogo Ispytaniya Vidov Roda Klen (Acer L.) v Botanicheskom Sadu Yuzhnogo Federalnogo Universiteta. Rostov-on-Don: Yuzhnyi Federalnyi Universitet; 2017. (In Russ.)

Sharkayeva ESh, Lukatkin AS. [The influence of urban environment on the morphological characteristics of and chlorophyll content in pine needles]. In: Problemy Ozeleneniya Krupnykh Gorodov. Moscow: VDNKh; 2016. P. 137-9. (In Russ.)

Yashin DA, Zaytsev GA. [Photosynthetic pigments contents in the leaves of birch Betula pendula Roth. and oak Quercus robur L. under conditions of Ufa industrial center]. Izvestiya Samarskogo Nauchnogo Tsentra Rossiyskoy Akademii Nauk. 2015;17(6):274-7. (In Russ.)

Chaerle L, Van Der Straeten D. Imaging techniques and early detection of plant stress. Trends Plant Sci. 2000;5(11):495-501.

Daughtry CST, Warthall CI, Kim MS, de Colstoun EB, McMurtrey JF. Estimating leaf chlorophyll concentration for leaf and canopy reflectance. Remote Sens Environ. 2000;74:229-39.

Dawson TP, North PRJ, Plummer SB, Curran PJ. Forest ecosystem chlorophyll content: implications for remotely sensed estimates of net primary productivity. Int J Remote Sens. 2003,24(3):611-7.

Dmitriev PA, Kozlovsky BL, Kupriushkin DP, Lysenko VS, Rajput VD, Ignatova MA, Tarik EP, Kapralova OA, Tokhtar VK, Singh AK, Minkina TМ, Varduni TV, Sharma M, Taloor AK, Thapliyal A. Identification of species of the genus Acer L. using vegetation indices calculated from the hyperspectral images of leaves. Remote Sensing Applic Soc Environ. 2022;25:100679. DOI:10.1016/j.rsase.2021.100679.

Gitelson AA, Merzlyak MN. Quantitative estimation of chlorophyll-a using reflectance spectra: experiments with autumn chestnut and maple leaves. J Photochem Photobiol B Biol. 1994;22:247-52.

Gitelson AA, Viña A, Verma SB, Rundquist DC, Arkebauer TJ, Keydan G, Leavitt B, Ciganda V, Burba GG, Suyker AE. Relationship between gross primary production and chlorophyll content in crops: Implications for the synoptic monitoring of vegetation productivity. J Geophys Res. 2006;111(D8):11. DOI:10.1029/2005JD006017.

Hunt ER, Daughtry CS, Eitel JUH, Long DS. Remote sensing leaf chlorophyll content using a visible band index. Agronomy J. 2011,103(4):1090-9.

Kattenborn T, Schiefer F, Zarco-Tejada P, Schmidtlein S. Advantages of retrieving pigment content [μg/cm2] versus concentration [%] from canopy reflectance. Remote Sens. Environ. 2019;230:111195.

Kozlovskiy BL, Kuropyatnikov MV, Fedorinova OI, Sereda MM, Kapralova OA, Dmitriev PA, Varduni TV. Adventive tree species in urban flora of Rostov-on-Don. Biological Bulletin of Bogdan Chmelnitskiy Melitopol State Pedagogical University. 2016,6(3):430-7. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/adventive-tree-species-in-urban-flora-of-rostov-on-don/viewer.

Lev-Yadun S, Gould KS. Role of anthocyanins in plant defence. In: Anthocyanins. New York, NY: Springer; 2008. P. 22-8. DOI:10.1007/978-0-387-77335-3_2.

Merzlyak MN, Gitelson AA, Chivkunova OB, Rakitin VY. Non-destructive optical detection of pigment changes during leaf senescence and fruit ripening. Physiol Plantarum. 1999;106:135-41.

Penuelas J, Filella I. Visible and near-infrared reflectance techniques for diagnosing plant physiological status. Trends Plant Sci. 1998;4:151-6.

Richardson DM, Pysek P, Rejmánek M, Barbour MG, Panetta D, West CJ. Naturalization and invasion of alien plants: concepts and definitions. Divers Distribut. 2000,6(2):93-107.

Zarco-Tejada PJ, Camino C, Beck PSA, Calderon R, Hornero A, Hernández-Clemente R, Gonzalez-Dugo V. Previsual symptoms of Xylella fastidiosa infection revealed in spectral plant-trait alterations. Nature Plants. 2018;4:432-9.

Zarco-Tejada PJ, Miller JR, Harron J, Hu B, Noland TL, Goel N, Mohammed G, Sampson P. Needle chlorophyll content estimation through model inversion using hyperspectral data from boreal conifer forest canopies. Remote Sens Environ. 2004;89(2):189-199.

Zarco-Tejada PJ, Miller JR, Mohammed GH, Noland TL, Sampson PH. Vegetation stress detection through chlorophyll a + b estimation and fluorescence effects on hyperspectral imagery. J Environ Qual. 2002;31:1433-41.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v14i2.670

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"