Водный режим магнолиевых, интродуцированных в Ботаническом саду Адыгейского государственного университета Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 582.677.1 (470.621) ББК 28.592.72 (2Рос.Ады) Е 34

Еднич Е.М.

Старший преподаватель кафедры физиологии факультета естествознания, зав. отделом естественной растительности Ботанического сада Адыгейского государственного университета,

Майкоп, тел. (8772) 59-39-38, e-mail: [email protected]

Водный режим магнолиевых, интродуцированных в Ботаническом саду Адыгейского государственного университета

(Рецензирована)

Аннотация

При исследовании водного режима у интродуцированных в Ботаническом саду Адыгейского государственного университета (ЛГУ) Magnolia kobus DC., Magnolia soulangiana Soul. Bod., Magnolia grandiflora L. способны терять значительное количество воды, достигающее 46,6% от исходного веса. В .честных климатических условиях интенсивность фотосинтеза интродуцентов достигает 2,9 г х час/м2, интенсивность дыхания - 83 мг С02/час на 100 г листьев.

Ключевые слова: водный обмен, Magnolia kobus DC., Magnolia soulangiana Soul. Bod., Magnolia grandiflora L., Ботанический сад Адыгейского государственного университета, интродуценты.

Ednich E.M.

Senior Lecturer of Physiology Department of Natural Science Faculty, Head of Department of Natural

Vegetation of the Adyghe State University Botanical Garden, Maikop, ph. (8772) 59-39-38, e-mail: ed-

ni [email protected]

Water mode of magnoliaceae, introduced in the Botanical Garden of the Adyghe State University

Abstract

Research of a water mode at plants introduced in the Botanical Garden of the Adyghe State University shows that Magnolia kobus DC. Magnolia soulangiana Soul. Bod. and Magnolia grandiflora L. are capable to lose the significant amount of water reaching 46,6% of the initial weight. In local climatic conditions intensity of photosynthesis of introduced plants reaches 2,9 g x hour/sq.m and intensity of breath, 83 mg of C02/hour per 100 g of leaves.

Keywords: water exchange, Magnolia kobus DC., Magnolia soulangiana Soul. Bod., Magnolia grandi-flora L. Botanical Garden of the Adyghe State University, introduced plants.

Введение

Вода в жизни растительного организма - ведущий фактор, и в засушливый период выживают растения только тех видов, которые способны регулировать свой водный режим. Поэтому изучение водообмена у интродуцированных растений дает материал для суждения об их устойчивости и степени приспособления к данным условиям существования.

Данные распространения магнолий в культуре свидетельствуют о значительном географическом диапазоне их выращивания [1]. В частности, в Адыгее, согласно проведенным ранее исследованиям по интродукции рода Magnolia, виды Magnolia kobus DC. (Магнолия Кобус), Magnolia soulangiana Soul. Bod. (Магнолия Суланжа), Magnolia grandiflora L. (Магнолия Крупноцветковая) являются вполне перспективными [2-4]. Однако в зеленых зонах нашей республики эти растения довольно редкие.

Широкому распространению магнолий препятствует недостаточность сведений об их стойкости к климатическим факторам и условиям среды. Это позволяет говорить

о существовании противоречия между интродукционным потенциалом магнолий и отсутствием физиологических исследований, отражающих адаптивные возможности в условиях Адыгеи.

Цели и задачи исследования

Цель - выявить физиологические особенности Magnolia kobus DC., Magnolia soulangiana Soul. Bod., Magnolia grandiflora L, интродуцированных в Ботаническом саду Адыгейского государственного университета.

Задачи:

1. Определить показатели водного обмена у Magnolia kobus DC., Magnolia soulangiana Soul. Bod., Magnolia grandiflora L.

2. Определить интенсивность фотосинтеза и дыхания у исследуемых видов.

Материал и методика

Материалом для исследования послужили интродуцированные виды семейства Магнолиевые в Ботаническом саду АГУ: Magnolia kobus DC., Magnolia soulangiana Soul. Bod., Magnolia grandiflora L.

Определение основных физиологических показателей интродуцентов проводили по сезонам года: весной (май, ср. температура +23°С, относительная влажность воздуха 80%), летом (июль, ср. температура +29°С, относительная влажность воздуха 67%) и осенью (сентябрь, ср. температура +26°С, относительная влажность воздуха 70%).

Водный дефицит определяли по методике Л.С. Литвинова, интенсивность транспирации - с помощью торсионных весов (по Л.А. Иванову), водоудерживающую способность - методом «завядания» (по Арланду), интенсивность фотосинтеза - по Ю. Саксу, интенсивность дыхания - по Миллеру [5].

Результаты исследований

В процессе приспособления растений к новым условиям существования, особенно при перенесении в более сухой климат, значительная роль принадлежит водному обмену растений [6].

Водообмен состоит из 3-х показателей: водного дефицита (ВД), транспирации (ТР), водоудерживающей способности (ВУС) [5].

Анализ основных компонентов водного обмена показывает, что интенсивность этого процесса и его составляющих различаются как у растений разных видов, так и у одного и того же растения в различные фенологические фазы.

Водный дефицит, согласно общепринятому определению, - это недостаток насыщения водой растительных клеток, возникающий в результате интенсивной потери воды растением, не восполняемой поглощением ее из почвы. В зависимости от производимых расчетов существует ВД от количества воды при полном насыщении и ВД от веса при полном насыщении.

Изучение сезонного изменения водного дефицита от веса при полном насыщении у M. kobus, M. soulangiana, M. grandiflora показало, что недостаток влаги у них как правило не превышает 20%. Диапазон изменений водного дефицита в период исследований находился в интервале от 8 до 20%, что практически не отражалось на внешнем виде растений. Наибольшие значения отмечались в летний период, наименьшие - в осенний период. У листопадных M. kobus, M. soulangiana осенние показатели водного дефицита (от веса при полном насыщении) регистрировались более низкие, чем у M. grandiflora. Дефицит воды у вечнозеленого вида увеличивался с весны к осени, у M. soulangiana - понижался; у M. kobus данный показатель летом принимал максимальные значения, в осенний период - наименьшие по сравнению с исследуемыми видами (рис. 1).

20

15

10

весна

лето

осень

водный дефицит от веса при полном насыщении,

%

5

0

■ Магнолия Крупноцветковая

□ Магнолия Суланжа

□ Магнолия Кобус

Рис. 1. Водный дефицит от веса при полном насыщении, %

Водный дефицит от количества воды в растении, согласно экспериментальным данным, за период исследований был в пределах 20-39%. Минимальные и максимальные величины зафиксированы осенью у листопадных видов. Наибольшего значения ВД достиг у М. soulangiana в сентябре и составил 39%, а у М. коЪж - к осени снизился с 31 до 20%.

При сравнении сезонной динамики водного дефицита от количества воды в растении заметна ее тенденция к увеличению у М. grandiflora и у М. soulangiana с весны к осени.

У вечнозеленого растения водный дефицит держался практически на одном уровне, незначительно повышаясь к осени до 28%, в то время как у гибридного вида отмечалось скачкообразное повышение водного дефицита от количества воды в растении, что в 1,6 раза больше по сравнению с весенним периодом. У М. коЪш линейной сезонной динамики водного дефицита от количества воды в растении не выявлено. Данный показатель был в пределах 22% и весной, и осенью; его заметное повышение до 30,6% наблюдалось летом (рис. 2).

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

водный дефицит от количества воды в растении, %

■ Магнолия

Крупноцветковая

□ Магнолия Суланжа

□ Магнолия Кобус

Рис. 2. Водный дефицит от количества воды в растении, %

Изучение сезонного изменения интенсивности транспирации интродуцентов показало, что скорость испарения воды листьями у этих растений колеблется в пределах 71,6-306,6 г х час/м . Максимальные значения интенсивности транспирации отмечены у М. £уапШ/1ога и у М. 8ои1ащ1апа 306,6 г х час/м . Минимальные значения наблюдались в весенний период у М. коЬт? и составляли 71,6 г х час/м .

У всех исследуемых видов интенсивность транспирации имеет выраженную сезонную динамику, характеризующуюся повышением с весны к осени. Возможно, столь высокие осенние показатели обусловлены установившейся сухой и жаркой погодой. Лишь у М. коЬт значения в летний и осенний периоды не имеют заметных отличий и держатся примерно на одном уровне, несколько уменьшаясь осенью от 134,9 до 131,3 г х час/м2 (рис. 3).

350000

300000

250000

200000

150000

100000

50000

0

весна

лето

осень

■ Магнолия Крупноцветковая

П Магнолия Суланжа □ Магнолия К обус

Рис. 3. Интенсивность транспирации, мг х час/м2

В регулировании водообмена растений важная роль принадлежит водоудерживающим силам, обусловленным в основном содержанием в клетках осмотически активных веществ и способностью коллоидов к набуханию. Водоудерживающая способность клеток во многом зависит от условий выращивания, в том числе от условий питания. При оптимальных условиях данный показатель возрастает, что обуславливает большую устойчивость растений к повреждающему действию высокой положительной или низкой отрицательной температуры [6].

Анализ величины водоудерживающей способности показывает, что изученные образцы способны терять значительное количество воды, достигающее 46,6% от исходного веса. Наибольшие потери воды наблюдаются осенью у М. ^апЛАога (46%), в весеннее и летнее время этот показатель не превышает 30%. У М. коЬт, наоборот, водоотдача понижается с весны к осени и держится в пределах 40% к исходному весу. М. soulangiana имеет максимальные потери воды весной (34,5%), которые к лету понижаются до 26,8%, осенью этот показатель вновь возрастает, достигая 30% (рис. 4).

Таким образом, у М. коЬт, М. soulangiana заметна тенденция повышения ВУС с весны к осени, а у М. grandiflora, наоборот, снижение этих показателей в осенний период (чем больше водоотдача, тем меньше соответственно ВУС).

У всех интродуцентов во время исследований интенсивность дыхания находилась в интервале 4-83 мг СО2/час на 100 г листьев и возрастала в весенне-летнее время. Наибольшие значения отмечались у М. soulangiana (83 мг СО2/час на 100 г), наименьшие -у М. коЬт в осенний период (4 мг СО2/час на 100 г).

35GG

3GGG

25GG

2GGG

15GG

1GGG

5GG

G

*

-

----------------------1

■ Магнолия к рупноцветковая

□ Магнолия Суланжа

□ Магнолия к обус

весна

лето

осень

Рис. 4. Динамика водоотдачи (процент потерянной воды)

В наших опытах также установлено, что интенсивность дыхания является показателем, чутко реагирующим на сравнительно небольшие изменения водного режима.

Так, у М. ^ап&Авга под влиянием нарастающего водного дефицита от веса при полном насыщении, достигающего в осенний период 19%, снижается интенсивность дыхания до 52 мг/час на 100 г листьев (табл. 1).

Таблица 1

Интенсивность дыхания исследуемых видов магнолии

Название растения Интенсивность дыхания, мг/час на 1OO г листьев

весна лето осень

M. grandiflora L. 24 59,1 52

M. soulangiana Soul. Bod. 7O,6 82,9 36

M. kobus DC. 48,9 79,1 4

У М. soulangiana аналогично при повышенном водном дефиците от веса при полном насыщении интенсивность дыхания ниже, а снижение водного дефицита до 15,13% летом приводит к повышению интенсивности дыхания до 82,86 мг/час на 100 г листьев. Однако дальнейшее снижение показателей водного дефицита до 11,25% осенью не сопутствуют повышению интенсивности дыхания из-за деструктивных изменений в осенних листьях. Интересно, что у М. коЪт повышение летом дефицита влаги до 20% вызывает усиление дыхания (рис. 5).

Юй

8й

6G

4G

2G

G

Г” —1 1

1=1= 1

■ 1

-- ■ 1 —

■■■ ■ ш -- - =1

I Магнолия К

рупноцветковая

□ Магнолия Суланжа

□ Магнолия к обус

весна

лето

осень

. 5. , / 1OO

В период исследования интенсивность фотосинтеза у интродуцентов находилась в интервале 0,174-2,9 г х час/м . Максимальные значения показателей отмечались весной, что связано с фазами бутонизации - цветением, минимальные значения - в осенний период и летом при температуре свыше 25°С, когда значительно снижалась оводненность тканей исследуемых образцов (рис. 6).

35GG

3GGG

25GG

2GGG

15GG

1GGG

5GG

G

I

весна

П

ISSSlSv

лето

is

I

■ Магнолия крупноцветковая

□ Магнолия Суланжа

□ Магнолия к обус

осень

Рис. 6. Интенсивность фотосинтеза, мг х час/м2

У M. soulangiana, M. grandiflora осенью с падением среднесуточной температуры интенсивность фотосинтеза возрастала, достигая весенних значений. У Magnolia kobus показатели интенсивности фотосинтеза резко убывали с весны к осени. Наименьшие сезонные отклонения в значениях за период исследований имела M. grandiflora, в то время как у M. kobus весенние показатели в 17 раз превышали осенние (табл. 2).

Таблица 2

Интенсивность фотосинтеза исследуемых видов магнолии

Название растения Интенсивность фотосинтеза, мг х час/м

весна лето осень

M. grandiflora L. 1542,2 1243,8 1890,5

M. soulangiana Soul. Bod. 1639,7 248,7 1584,6

M. kobus DC. 2971,9 588,6 174,1

Характерно, что для данного вида с низкой интенсивностью транспирации отмечалась наибольшая интенсивность фотосинтеза в весенний период по сравнению с М. soulangiana, М. grandiflora.

Наибольшая интенсивность фотосинтеза была зафиксирована весной у растений М. коЪт. Однако этот вид отличался высокой интенсивностью дыхания только летом. У М. soulangiana, М. grandiflora минимальные показатели интенсивности фотосинтеза, выявленные в летний период, соответствовали максимальным показателям интенсивности дыхания (рис. 6). Таким образом, в ходе наших исследований данная зависимость не выявлена.

Заключение

Диапазон изменений водного дефицита интродуцентов в период экспериментальной работы находился в пределах 39%. Наибольший ВД (от количества воды в растении) испытывали растения M. soulangiana. Минимальный дефицит воды отмечался у M. kobus (8%). Содержание общей воды у исследуемых видов по мере вегетации уменьшалось до 17%.

Интенсивность транспирации у M. kobus, M. soulangiana, M. grandiflora имела выраженную сезонную динамику, характеризующуюся повышением значений к осени. Минимальная скорость испарения воды листьями отмечалась у M. kobus; максимальная

- у M. grandiflora и M. soulangiana. Анализ величины водоудерживающей способности показал, что изученные образцы способны терять значительное количество воды, достигающее 46,6% от исходного веса.

Интенсивность дыхания у всех интродуцентов за время исследований возрастала в весенне-летнее время. Наибольшие значения отмечены у M. soulangiana, наименьшие

- у M. kobus в осенний период.

Максимальные значения показателей интенсивности фотосинтеза отмечались весной, что связано с фазами бутонизации и цветения; минимальные - в осенне-летний период при температуре выше 25°С.

Примечания:

1. . .

ареал магнолий как показатель их экологической пластичности // Всесоюзная конференция по теоретическим основам интродукции растений: тез. доклад. М.: Гл. ботан. сад АН СССР, 1983. С. 63.

2. . . -

телей семейства МАОШЫАСЕАЕ Ь. в

//

Всероссийской научной конференции мо, . Нальчик, 2005. Т. II. С. 80-82.

3. . . ,

интродуцированных в предгорную зону // : сборник. Томск, 2005. С. 55-56.

4. Толстикова Т.Н., Еднич ЕМ., Дьякова

. . -университета - научно-обр^овательный центр и объект природного и культурного

//

Вестник ИрГСХА. 2011. Вып. 44. С. 69-76.

5. . . -

гии растений. Минск: Высш. шк., 1981. 141 .

6. . .

. .: ,

2005. 112 с.

References:

1. Minchenko N.F. Modem cultural areal of magnolias as an indicator of their ecological flexibility // All-Union conference on theory of plants introduction: brief outline reports. M.: The main botanical gardens of the USSR AS, 1983. P. 63.

2. Ednich E.M. Experience of introduction of representatives of MAGNOLIACEAE L. family in the foothill zone of Adygheya // Materials of the All-Russian scientific conference of young scientists, post-graduates and students. Nalchik, 2005. Vol. II. P. 80-82.

3. Ednich E.M. Seasonal development of magnolias, introduced in the foothill zone of Ady-gheya // Natural sciences and humanism: collection. Tomsk, 2005. P. 55-56.

4. Tolstikova T.N., Ednich E.M., Dyakova I.N. Botanical gardens of the Adyghe State University as a scientific and educational center and object of natural and cultural heritage in the urbanized environment // IRGSKhA Bulletin. 2011. Iss. 44. P. 69-76.

5. Shabelskaya E.F. Practical work on phytophysiology. Minsk: Vyssh. shk., 1981. 141 pp.

6. Goncharova E.A. Water status of cultural plants and its diagnostics. SPb.: VIR, 2005. 112 pp.