Влияние экологических факторов  на процесс формирования пыльцы березы повислой  в условиях городской экосистемы

2017-02-12_113646

Стрессовые условия окружающей среды оказывают глубокое влияние на формирование и функционирование генеративных органов растений. Параметры, характеризующие пыльцу, подвержены очень сильным колебаниям по годам и тесно связаны с погодно-климатическими условиями в период формирования пыльцевых зерен.

В статье представлены результаты изучения пыльцы березы повислой (Betula pendula Roth.), произрастающей в условиях городской экосистемы на участках с различной техногенной нагрузкой. Рассмотрен комплекс факторов экзогенной и эндогенной природы, который характеризует формирование мужской стерильности у березы повислой. Подробно представлены результаты влияния основных климатообразующих факторов (температура и влажность), а также загрязняющих веществ на продуцирование нежизнеспособных (стерильных) пыльцевых зерен. Выявлены оптимальные параметры температуры и влажности для образования минимального количества пыльцы, характеризующейся мужской стерильностью. Определена зависимость содержания в атмосфере оксида углерода и уровня стерильности пыльцы. Предложенная автором модель позволяет прогнозировать уровень стерильной пыльцы березы повислой в условиях Барнаула в зависимости от погодных условий года и содержания поллютантов в атмосфере.

Реакция растений на экологический стресс генетически детерминирована и отражает конкуренто-способность, адаптивные возможности и устойчивость к неблагоприятным воздействиям природных и антропогенных факторов видов. Стрессовые условия окружающей среды оказывают сильное влияние на репродуктивность и жизнеспособность березы повислой [1, с. 55]. Имеющиеся литературные данные посвящены разным аспектам развития пыльцевого зерна. Однако влияние различных факторов на стерильность пыльцы у древесных растений изучено недостаточно. Представленный материал в основном носит фрагментарный характер. Одни авторы выделяют влияние двух факторов (условия года и генотип) [2, с. 58] на фертильность (стерильность) пыльцы, другие считают, что на ее жизнеспособность влияют погодные условия и поллютанты [3, с. 26; 4, с. 16–18].

Целью работы являлось изучение факторов, влияющих на процесс формирования и функционирования мужского гаметофита березы повислой (Betula pendula Roth.) в условиях города.

Объектом исследования служила береза повислая, произрастающая на территории Барнаула, в районах с разным уровнем техногенной нагрузки.

Сбор образцов (пыльцы) проводили в период  формирования пыльцы (последняя декада апреля — первая декада мая) в 2010–2012 гг. Характеристику морфологических особенностей и качество пыльцы (накопление крахмала в пыльцевом зерне) оценивали по интенсивности окрашивания (хорошо, средне, неокрашенная пыльца) в растворе Люголя.

Математический анализ результатов осуществляли с использованием информационно-логического метода [5], что позволило вычленить действие отдельных факторов и дать оценку каждому в отдельности. Степень связи между фактором и явлением (наличие стерильной пыльцы) оценивали с помощью коэффициента передачи информации (Кэфф ), а наиболее вероятные состояния функции (количество нежизнеспособной пыльцы) при определенном состоянии факторов — по отношению условных вероятностей (k) [6, с. 41].

Стерильная пыльца возникает под влиянием неблагоприятных условий, особенно холодной сырой погоды, в период формирования пыльцы в нормальных функциональных пыльниках обоеполых и функционально-мужских цветков.

На формирование качества пыльцевого зерна влияет комплекс факторов экзогенной и эндогенной природы. Каждый фактор в отдельности и вся их совокупность формируют у растения фенотип, наиболее приспособленный к условиям обитания. В природных условиях оценить действие всего комплекса факторов, влияющих на растения, практически невозможно. Удобнее всего рассматривать действие каждого из факторов отдельно.

Согласно предыдущим исследованиям автора [7, с. 17–20], вклад факторов в формирование пыльцы без запаса питательных веществ или с малым его содержанием распределился следующим образом (рис. 1):

влияние фактора «Точка сбора» достигало 50%, доля фактора «Условия года» была наименьшей и составляла 14,2%, тогда как их взаимодействие превышало влияние критерия «Условия года» на 4%.


2017-05-16_120049
Рис. 1. Доля влияния факторов на формирование стерильной пыльцы березы повислой (Betula pendula Roth.),  2010–2012 гг.

Климатические характеристики Барнаула вариабельны, встречаются годы с резкими колебания-

ми температуры и влажности от максимума к минимуму. Температурные условия всего года оказывают влияние на растения. Однако основное внимание при выявлении зависимости между показателями пыльцы и температурными данными уделяли параметрам температуры за апрель и май (период пыления бере-зы повислой) (рис. 2).

2017-05-16_115335

Проанализировав показатели температуры за последнюю декаду апреля и первую декаду мая, а также долю стерильной пыльцы в различных точках города за три года исследования, мы получили следующую закономерность. При апрельских и майских температурах ниже 8 °С доля пыльцы с низким, непригодным для дальнейшего развития количеством крахмала превышает 8% (при среднем количестве таких зерен по городу 5,22%). При температуре ниже 8 °С в период пыления березы доля стерильной пыльцы максимальна и составляет 8% и выше. В результате повышения температуры до 8–10 °С количество пыльцы не превышает 2%. С увеличением температуры воздуха до 10 °С и выше уровень нежизнеспособной пыльцы повышается.

2017-05-16_115346

Рис. 2. Температура воздуха и количество осадков в Барнауле в период цветения березы повислой (Betula pendula Roth.), 2010–2012 гг.

Низкая температура является более стрессовой, чем высокая. С повышением температуры увеличивается рост доли стерильной пыльцы, но скачок не такой резкий, как при холодной погоде. Оптимальной температурой для развития пыльцевых зерен с высоким содержанием питательных веществ (фертильной пыльцы) является температура 8–10 °С (рис. 3).Однако погодные условия включают в себя не только температурный режим, но и влажность, которые непосредственно влияют на продуктивность растительных насаждений.

Тенденция развития стерильной пыльцы за счет влияния относительной влажности атмосферного

воздуха была следующей. Развитие минимального количества пыльцы соответствует 40–45% влажности в период цветения березы повислой. Максимальное количество зерен с малым содержанием запасных веществ в клетках среди общего количества пыльцы соответствует влажности воздуха менее 40%. Плавный рост нежизнеспособной пыльцы наблюдается в результате повышения относительной влажности воздуха.

Таким образом, оптимальным условием для продуцирования фертильной пыльцы является температура воздуха 8–10 °С при относительной влажности воздуха 40–45% (рис. 4).

 

На основании имеющихся данных о концентрации угарного газа в точках сбора материала получена прямолинейная зависимость количества стерильной пыльцы от коэффициента СО (Ксо) (рис. 5).

2017-05-16_115358

Рис. 5. Влияние концентрации  угарного газа на количество стерильной пыльцы березы повислой (Betula pendula Roth.)

Достаточно высокое отношение условных вероятностей (k) указывает на то, что при увеличении содержания в атмосферном воздухе монооксида углерода возрастает доля пыльцы, непригодной для дальнейшей жизнедеятельности. Для развития стерильных пыльцевых зерен, не превышающих 5–8% от общего количества пыльцы, уровень СО не должен превышать 40 мг/мі.

Несомненно, вычислить долю влияния того или иного фактора на развитие стерильных пыльцевых зерен невозможно, однако для нежизнеспособной пыльцы доминирующим фактором является уровень загрязнения атмосферного воздуха на участке про-израстания исследуемого объекта (Кэфф = 0,1514).

Согласно коэффициентам передачи информации такие факторы, как температура (Кэфф = 0,1427) и влаж-ность (Кэфф = 0,1427), в одинаковой мере влияют на качество продуцируемой пыльцы.

Анализ данных с использованием информационно-логического метода подтверждает результатыдвухфакторного дисперсионного анализа [7] о максимальном вкладе в изменчивость показателей качества пыльцы такого фактора, как «Точка сбора», основным показателем которого является разное содержание угарного газа в атмосфере.

Таким образом, предложенная модель позволяет прогнозировать уровень стерильной пыльцы березы повислой в условиях Барнаула в зависимости от погодных условий года и уровня содержания поллютантов в атмосфере.

О.В. Ерещенко

Источник: http://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-ekologicheskih-faktorov-na-protsess-formirovaniya-pyltsy-berezy-povisloy-v-usloviyah-gorodskoy-ekosistemy

Библиографический список

  1. Носкова Н.Е.,  Третьякова  И.Н.  Влияние  стрессана  репродуктивные  способности  сосны  обыкновенной  //Хвойные бореальной зоны. — 2006. — № 1.
  1. Рассветаева Э.Г. Характеристика особенностей пыльцевой фертильности косточковых // Цитолого-эмбриологические и генетико-биохимические основы опыления и оплодотворения растений : материлы Всес. совещ. — Киев, 1982.
  1. Третьякова И.Н., Носкова Н.Е. Пыльца сосны обыкновенной  в  условиях  экологического  стресса  //  Экология. — 2004. — № 1.
  1. Осколков В.А., Воронин В.И. Репродуктивный процесс сосны обыкновенной в Верхнем Приангарье при техногенном загрязнении. — Иркутск, 2003.
  1. Пузаченко Ю.Г., Мошкин А.В. Информационно-логический анализ в медико-географических исследованиях// Итоги науки. — Вып. 3. — М., 1969. (Серия: Медицинская география).
  1. Пивоварова Е.Г., Люцигер А.О., Райхерт Е.В., Кузнецова Т.А. Влияние климатических изменений на урожайность  картофеля  и  моркови  в  условиях  Алтайского приобья // Известия Алт. гос. ун-та. — 2011. —№ 3/2(71).
  1. Ерещенко О.В., Хлебова Л.П. Влияние погодных условий на изменчивость признаков пыльцы березы повислой (Betula pendula Roth.) // Известия Алт. гос. ун-та. — № 3/2(75).
Поделиться: