CC BY
16BIOLOGICAL SCIENCES
СОДЕРЖАНИЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ В ЛИСТЬЯХ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ РОДА PITTOSPORUM BANKS EХ SOL. ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ОСВЕЩЕННОСТИ
Бойко Л.И.
Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник заведующая отделом интродукции и акклиматизации растений Криворожского ботанического сада НАН Украины
CONTENT OF PHOTOSYNTHETIC PIGMENTS IN LEAVES OF SOME SPESIES OF GENUS PITTOSPORUM BANKS ET SOLAND. EX GAERTN. UNDER DIFFERENT ILLUMINATION
CONDITIONS
Boyko L.I.
PhD in Biological Sciences, Senior Researcher Head of Plant Introduction and Acclimatization Department Kryvyi Rih Botanical Garden of NAS of Ukraine
АННОТАЦИЯ
Одним из путей выделения устойчивых растений для фитодизайна служит изучение пластичности фотосинтетического аппарата, его способности приспосабливаться к изменяющимся внешним условиям. Целью работы было изучить изменения содержания основных фотосинтетических пигментов различных групп, как и соотношения между ними, в листьях растений некоторых видов рода Pittosporum при содержании в условиях различного уровня освещенности. В процессе адаптации к условиям освещенности у растений всех исследуемых видов выявлено понижение индекса хлорофиллов как при снижении уровня освещенности, так и при его высоких значениях. Максимум отмечен в диапазоне 3 -7тыс. лк. Данный световой режим является оптимальным для растений этих видов, что необходимо учитывать при использовании их в фитодизайне.
ABSTRACT
One of ways to detect resistant plants for phytodesign is to study the plasticity of the photosynthetic apparatus and its ability to adapt to changing external conditions. The aim of the work was to study the content changes of the main photosynthetic pigments of various groups, as well as their ratio, in the leaves of plants of some species of the genus Pittosporum when they are kept in conditions of different illumination levels. In the process of adaptation to the illumination conditions, the decreasing of the index of chlorophylls in the plants of all the studied species was observed both with the illumination level decreasing and with its high values. The maximal index was noted in the range of 3000-7000 lx. Such illumination regime is optimal for plants of these species; it must be taken into account when they are used for phytodesign.
Ключевые слова: род Pittosporum, теневыносливость, уровень освещенности, фотосинтетический аппарат, пигменты, пластичность.
Keywords: genus Pittosporum, shade tolerance, illumination level, photosynthetic apparatus, pigments, plasticity.
Введение. Решение проблемы оптимизации среды жизни и деятельности человека предполагает расширение ассортимента для интерьерного озеленения новыми устойчивыми, высокодекоративными видами. Интродукционное испытание тропической и субтропической флоры, проводимое в ботанических садах, позволяет выявлять для озеленения интерьеров очень декоративные, но мало- или совершенно неиспользуемые виды растений. В процессе интродукцонного изучения тропической и субтропической флоры в Криворожском ботаническом саду НАН Украины (КБС) выделены виды рода Pittosporum Banks ex Sol. как устойчивые и высокодекоративные растения в условиях интерь-
еров. Проведенные исследования биоэкологических свойств, особенностей индивидуального цикла развития, морфоструктуры и особенностей формирования побеговой системы видов рода дают основание утверждать о целесообразности более пристального внимания к этим видам как к обьек-там для фитодизайна [1-3]. Немаловажное значение при исследовании состояния растений имеет изучение пластичности фотосинтетического аппарата его способности приспосабливаться к изменяющимся внешним условиям. В условиях интерьеров, как правило, лимитирующим фактором выступает световой. Поэтому очень важно определить предел теневыносливости растений, используемых для фитодизайна [4, 5].
Одним из информативных и наиболее распространенных параметров, характеризующих фотосинтетический аппарат растений, является его пигментный состав, а также динамика содержания фотосинтетических пигментов и их соотношения. Именно по этим показателям возможно судить об изменении интенсивности фотосинтеза, что в свою очередь отражается на росте и продуктивности растений.
Целью работы было изучить изменения содержания основных фотосинтетических пигментов различных групп, как и соотношения между ними, в листьях растений некоторых видов рода Pittosporum при содержании в условиях различного уровня освещенности.
Материалы и методы. Количественное содержание пигментов проводили путем экстракции пигментов с навеской 0,1г в димексиде по методике Уэльбурн [6]. Оптические плотности пигментных экстрактов при помощи спектрофотометра СФ-2000. Спектрофотометрические измерения проводилось при длине волны: 480, 649, 665 мкм. Концентрации фотосинтетических пигментов (С,мг/мл) рассчитывались по формулам:
Са = 12,19* А 665 - 3,45 * А 649 СЬ= 21,99 * А 649 - 5,32 * А 665 Скар = ( 1000 * А 480 - 2,14 *Са - 70,16 * СЬ) /
200
Исследования проводились на растениях видов Pittosporum tobira Dryand, P. heterophyllum Franch., P. sahnianum Gowda, P. viridiflorum Sims. культивируемых в частично контролируемых
условиях защищенного грунта оранжерейного комплекса КБС. Виды рода Pittosporum природно произрастают среди вечнозеленых кустарников морского побережья Японии, Китая, влажных субтропических лесах Новой Зеландии. Для успешного культивирования в условиях защищенного грунта этим видам необходим рассеяный свет и полутень [7]. Для исследований отбирались зрелые листья из растений, культивируемых в разных по интенсивности освещения зонах оранжерейного комплекса (I зона - уровень освещенности 100-250лк; II зона -более 10тыс. лк). Контролем служили листья растений, находящихся в зоне оранжереи с оптимальным, для исследуемых видов, уровнем освещенности (3-7тыс. лк).
Результаты и обсуждение. Результаты проведенных исследований выявили некоторые особенности в содержании пигментов различных групп (хлорофиллов а и Ь, каротиноидов), как и соотношения между ними в листьях растений рода Pittosporum, культивируемых при различном уровне освещенности. Так, нами выявлено возрастание количественного содержания хлорофилла а при содержании в условиях тени (I зона) у всех исследуемых видов. Общей тенденцией у исследуемых нами оранжерейных растений было и незначительное повышение количественного содержания хлорофилла Ь при понижении уровня освещенности, что совпадает с мнением других исследователей о синтезе более устойчивого хлорофилла Ь у растений в условиях низкого уровня освещенности (табл. 1) [8,9].
Таблица 1.
Содержание пигментов в листьях видов рода Pittosporum при различных условиях освещенности
Вид Освещенность (лк) Содержание пигментов, мг/г раст. в-ва
Хлорофилл а Хлорофилл b Кароти-ноиды с Сумма хлорофиллов
Pittosporum tobira >10тыс. 1,00 0,38 0,30 1,38
3-7тыс. 1,10 0,38 0,38 1,48
100-250 1,32 0,46 0,48 1,72
Pittosporum heterophyllum >10тыс. 1,34 0,48 0,34 1,82
3-7тыс. 1,44 0,39 0,40 1,83
100-250 1,65 0,55 0,59 2,20
Pittosporum sahnianum >10тыс. 0,78 0,42 0,18 1,18
3-7тыс. 1,00 0,38 0,25 1,38
100-250 1,20 0,40 0,28 1,60
Pittosporum viridiflorum >10тыс. 0,96 0,50 0,20 1,46
3-7тыс. 1,08 0,47 0,27 1,55
100-250 1,18 0,60 0,45 1,78
У большинства исследуемых видов повыше- за счет хлорофилла b, за исключением P. sahnia-ние общего количества хлорофилла в условиях ни- num. Величина соотношения хлорофиллов а/b варь-зкого уровня освещенности идет преимущественно ировала в пределах 1,86-3,69 (табл. 2).
Таблица 2.
Соотношение различных форм пигментов в листьях видов рода Pittosporum при различных условиях
освещенности
Вид Освещенность (лк) Индексы соотношения различных форм пигментов
Хл. а/ Хл.Ь Сумма хлор./ карот.
Pittosporum tobira >10тыс. 2,6 4,6
3-7тыс. 2,9 3,9
100-250 2,9 3,6
Pittosporum heterophyllum >10тыс. 2,8 5,4
3-7тыс. 3,7 4,6
100-250 2,9 3,7
Pittosporum sahnianum >10тыс. 1,9 6,6
3-7тыс. 2,6 5,5
100-250 2,5 5,7
Pittosporum viridi-florum >10тыс. 1,9 7,3
3-7тыс. 2,3 5,7
100-250 2,0 4,0
Наиболее высокие показатели этого соотношения у всех видов были в контрольном варианте, то есть при оптимальных, для исследуемых видов, условиях освещенности (3-7тыс. лк) (рис). Следует отметить, что уменьшение этого соотношения в условиях тени было более значительно у видов P. heterophyllum, P. viridiflorum и происходило пре-
имущественно за счет увеличения количества хлорофилла Ь, в чем проявляется один из способов адаптации видов к затененным условиям произрастания. По мнению многих исследователей снижение индекса хлорофиллов при изменении условий внешней среды является признаком пластичности и устойчивости видов [10, 11].
3,6 3,1 2,6 2,1 1,6 1,1 0,6 0,1
Я
я-
#
4?
□ > 10 тыс. лк
□ 3 - 7 тыс. лк
□ 100 - 250 лк
Рис. Соотношение хлорофиллов а и Ь в листьях видов рода Pittosporum при различных условиях
освещенности
Многочисленные исследования свидетельствуют о важной роли каротиноидов в адаптации растений при стрессовых ситуациях [12, 13, 14].
Анализ полученных данных выявил повышение содержания каротиноидов у всех исследуемых видов в условиях теневого содержания (2 зона), особенно это было характерно для видов P. hetero-phyllum, P. viridiflorum. Именно эти виды, как и по
ряду других признаков (замедление роста и развития, потеря декоративности) мы рассматриваем как менее теневыносливые в пределах исследуемого рода. Наряду с этим для всех исследуемых видов отмечено незначительное понижение содержания каротиноидов в условиях высокого уровня освещенности (1 зона).
Соотношение суммы хлорофиллов к каротино-идам (индекс пигментов) имеет немаловажную
роль при характеристке работы фотосинтетического аппарата. По мнению многих авторов это соотношение достаточно чувствительно к изменениям внешних условий. У исследуемых видов это соотношение варьировало в пределах 3,6 - 7,3 (см. табл.2). Наивысшим этот показатель был в листьях растений, произрастающих в 1 зоне (освещенность более 10 тыс. лк), при этом повышение этого индекса в условиях повышенного уровня освещенности, было видоспецифично и наиболее существенно проявлялось у P. viridiflorum.
Таким образом, с точки зрения пигментных показателей исследуемые виды рода имеет некоторые различия в степени пластичности при содержании их в различных по уровню освещенности условиях. Наряду с этим в процессе адаптации к условиям освещенности у растений всех исследуемых видов рода Pittosporum снижается индекс хлорофиллов как при снижении уровня освещенности, так и при его высоких значениях. Максимум отмечается в диапазоне 3-7тыс. лк. Данный световой режим является оптимальным для растений этих видов, что необходимо учитывать при использовании их в фитодизайне.
Литература
1. Бойко Л.1. Особливосп анатомiчноl будови листково! пластинки представнишв роду Pittosporum Banks ех Sol. в умовах промислового штер'еру// Ж-л 'Тнтродукщя рослин".- Ки!в. -2009. - №.2. - С. 64-69
2. Бойко Л.1. Iсторiя та перспективи штродук-ци видiв роду Pittosporum Banks ех Sol. в умовах за-хищеного грунту Криворiзького боташчного саду НАН Укра!ни// Науковий вюник Чершвецького уш-верситету. Бюлопя (Бюлопчш системи)". - Черш-вщ.- 2014.- Т.6. Вип.1.- С.56-63
3. Бойко Л.1. Морфолопчш змiни пагонiв видiв роду Pittosporum Banks ех Sol в зв'язку з умовами утримання// Науковi записки Тернопшьського нащ-онального педагогiчного ушверситету iменi Воло-димира Гнатюка. Серiя: Бiологiя. - 2015, №2 (63). -С. 5-8
4. Богатир В.Б. Адаптация рослин до умов не-достатнього освгглення в
iнтер'eрах / В.Б. Богатир, В.В. Сшжко // 1нтро-дукцiя та аклiматизацiя рослин на Укра1ш, 1982. -Вип.20. - С. 76-78.
5. Бранд А.Б. Оптические параметры растительных организмов. / А.Б. Бранд, С.В. Тагеева — М.: Наука, 1967. — 215 с.
6. Wellburn A.R. The spectral determination of chlorophyll a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution // A.R. Wellburn / J. Plant Physiol. - 1994. -Vol. 144 - P. 307-313.
7. Горницкая И.П. Каталог растений для работ по фитодизайну / И.П. Горницкая, Л.П. Ткачук. -Донецк: ООО «Лебедь», 2005. - 234 с.
8. Ладыженко Т.А. Экофизиологический скрининг пигментного фонда листьев тропических и субтропических видов растений, культивируемых в оранжерее/ Т.А. Ладыженко, Н.В. Гетко, Л.Ф. Каба-шникова // Вести Национальной академии наук Беларуси, Серия биологических наук.- 2013.- .№3. - С. 17- 22.
9. Любименко В.Н. Влияние света различной напряженности на накопление сухого вещества и хлорофилла у светлолюбивых и теневыносливых растений. / В.Н. Любименко - СПб.- 1909. - 110 с.
10. Eckhardt U. Recent advances in chlorophyll biosynthensis and breakdown in higher plants / U. Eckhardt, B. Grimm, S. Hortensteiner // Plant Mol. Biol.-2004.- Vol. 56.-P. 1-4.
11. Eggink L.L. The role of chlorophyll b in pho-tosynthetesis: hypothesis /L.L. Eggink, H. Park, Y.K. Hoober// BMC Plant Biol.- 2001.- Vol.1.- P. 11-17.
12. Гнапв П.С. Сезонна динашка метаболiчноi адаптацп листав деревних порщ у антропогешзованому еколопчному середовищi / П.С. Гнапв // Наук. вюн. УкрДЛТУ. - 2000. -Вип. 10.3. - С. 201-210.
13. Davies B.H. // Carotenoid metabolism as a preparation for function. Pure &Applied Chemistry. -1991. Vol. 63, №1. - P. 131-140.
14. Cogdell R.J. // Carotenoids in photosynthesis. Phil. Trans. R. Soc. Lond. 1978. B. 284. - P. 569-579.
