Влияние экологических факторов внешней среды на интенсивность видимого фотосинтеза prunus laurocerasus в условиях ЮБК Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Материалы научно-практической конференции с международным участием «Сохранение биологического разнообразия и заповедное дело в Крыму», 23-26 октября 2018 г., Ялта

УДК 581.5:582.677:581.132 (477.75)

ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ВИДИМОГО ФОТОСИНТЕЗА PRUNUS LA UROCERASUS В УСЛОВИЯХ ЮБК

Ильницкий О.А.

Никитский ботанический сад - Национальный научный центр РАН, e-mail: ilnitsky.oleg@mail.ru

Для сохранения естественной растительности, закладки новых и реконструкции существующих зеленых насаждений в условиях Южного берега Крыма (ЮБК) необходимо особое внимание уделять растениям различных видов, которые находятся в условиях микроклимата, формируемого окружающей средой. При подборе таких видов необходимо изучение различных процессов жизнедеятельности в условиях их произрастания.

Цель работы - исследование зависимостей интенсивности фотосинтеза от факторов внешней среды - температуры и дефицита влажности воздуха, фотосинтетически активной солнечной радиации, а также интенсивности транспирации и температуры листьев, позволяющих определить оптимальные и ограничивающие условия их произрастания в различных регионах ЮБК и в разные периоды их вегетации (июнь, июль, октябрь месяцы).

Объект исследований - Prunus laurocerasus L., произрастающий на ЮБК, в условиях сухих субтропиков. Для выявления зависимостей интенсивности фотосинтеза (Tn, мкмоль/(м2 с) растений от основных факторов внешней среды (Тв.,°С; Тл.,°С -температура, соответственно, воздуха и листа; I-ФАР, мкмоль/(м2с) - фотосинтетически активная радиация; Dв, кПа - дефицит влажности воздуха), а также интенсивности транспирации - E, мг/(м2 с) была проведена серия опытов в тепличных условиях. Исследования проводились на территории центрального отделения Никитского ботанического сада ФГБУН «НБС-ННЦ, участок «Лавровое».

Интенсивность СО2-газообмена листьев с 3-кратной повторностью определяли на сформированных молодых интактных листьях верхней части побега каждые 15-20 мин с помощью автоматической 4-канальной системы открытого типа для мониторинга CO2 обмена и транспирации листьев «Монитор фотосинтеза РТМ-48А» (Bioinstruments S.R.L., Молдова) при естественной концентрации СО2 в воздухе около 0,04%. Фотосинтетически активную радиацию (ФАР) и другие параметры окружающей среды: температуру (°С) и влажность воздуха (%), измеряли датчиками Метео-модуля RTH-48, подключенными к цифровому входу системы РТМ-48А; температуру листа (°С) - датчиком LT-1P, влажность почвы (%) - датчиком SMS-5P, относительную скорость сокодвижения в стебле (от. ед.) -датчиком сокодвижения SF-5P, подключенными к аналоговым входам РТМ-48А.

Статистическую обработку полученных данных выполняли с использованием прикладных компьютерных программ Statistica 10 ("Statsoft Inc.", США) и Microsoft Excel 2010. Для моделирования и сглаживания двумерных данных использованы методы наименьших квадратов и робастной локально-взвешенной регрессии (Statistica 10). Все расчеты осуществляли при заданном уровне значимости P<0,05.

Отображение функции отклика фотосинтеза на факторы внешней среды в

Научные записки природного заповедника «МысМартьян» Вып. 9, 2018

трехмерной системе координат имеет форму выпуклой поверхности с максимумом в верхней точке, что позволило для Prunus laurocerasus получить численные коэффициенты нелинейных регрессионных уравнений (моделей) взаимосвязей величины нетто-фотосинтеза с основными факторами внешней среды, а также температурой и транспирацией листа.

Установлено, что температурный оптимум фотосинтеза в июне Pn=f(I,T) находится при температуре воздуха Тв=20-28°С, 1=500-1600 мкмоль/(м2с). Максимальная скорость фотосинтеза достигает Pn=12-13,5 мкмоль/(м2с), в июле Тв=22-29°С, 1=500-1600 мкмоль/(м2с), Pn=12-12,5 мкмоль/(м2с), в октябре Тв=22-23°С, 1=400-1200 мкмоль/(м2с), Pn=9-11 мкмоль/(м2с). Оптимум зависимости Pn=f(I, D) от дефицита влажности воздуха в июне находится при Dв=1-3 кПа, 1=600-1600 мкмоль/(м2 с) и составляет 10-11,5 мкмоль/(м2 с), в июле Ъв=0,75-2,5 кПа, 1=600-1600 мкмоль/(м2с)., Pn=9,5-11,5 мкмоль/(м2 с), в октябре Dв=0,5-1,4кПа, 1=500-1200 мкмоль/(м2 с)., Pn=9-10 мкмоль/(м2 с). Определены условия потенциальных максимумов и границ оптимумов фотосинтеза Рn=f(I,Tл). В июне они находятся при температуре листа 25-32°С, 1=600-1600 мкмоль/(м2 с). Максимальная скорость фотосинтеза достигала Pn=12-13,5 мкмоль/(м2с). В июле Тл=25-33°С, 1=800-1600 мкмоль/(м2с), Pn=12-13 мкмоль/(м2с), в октябре Тл=23-29°С, 1=300-1200 мкмоль/(м2с), Pn= 10-11 мкмоль/(м2с). Определены также зависимости между различными факторами внешней среды и транспирацией Pn=f(I,Ел), а также найдены оптимумы этого параметра на протяжении периода вегетации. В июне оптимум равен Ел=45-60 мг/(м2 с), 1=600-1600 мкмоль/(м2 с), максимальная скорость фотосинтеза достигала Pn=11,5-12 мкмоль/(м2с), в июле Ел=55-85 мг/(м2с), 1=600-1600 мкмоль/(м2с), Pn=111,5-12,5 мкмоль/(м2с), в октябре Ел=30-50 мг/(м2с), 1=500-1200 мкмоль/(м2с), Pn=9,5-10,5 мкмоль/(м2с).

Полученные данные дают возможность интерпретировать скорость фотосинтеза как потенциальную эколого-физиологическую характеристику данного вида, что позволяет сравнивать различные виды растений, произрастающие в сходных условиях, по показателям, измеренным с использованием одинаковой методики.

Prunus laurocerasus обладает относительно высоким потенциалом фотосинтеза для акклиматизации к повышенной температуре. При температуре воздуха выше оптимальной интенсивность фотосинтеза резко падает. Критической температурой для листа является 35°С.

После прекращения периода активного роста за июнь - июль - октябрь, максимальная величина скорости нетто-фотосинтеза снизилась на 22,3%, интенсивности транспирации - на 41,18%, температуры листа - на 12,13%. При этом в сравнении с июнем в октябре температурно-световые оптимумы сместились в сторону понижения: температуры воздуха на 17,86%, дефицита влажности воздуха на 53,4%, и освещенности ФАР на 33,34%.

Результаты исследований показывают, что по мере изменения фаз вегетации растения с апреля по октябрь, изменяются и температурно-световые оптимумы и интенсивность фотосинтеза. Проведенные исследования подтверждают причины этих изменений: изменение фаз вегетации растения (прекращение активного роста), погодных условий, а также старения листьев. Установлено также, что при температуре воздуха выше оптимальной, интенсивность фотосинтеза резко падает, соответственно повышение температуры снижает интенсивность фотосинтеза. Для Prunus laurocerasus критической является температура листа 35 °С.

Результаты исследований могут быть полезны для оптимизации выращивания саженцев в тепличных условиях и высадке их в открытый грунт.