Научный журнал

Научное обозрение. Биологические науки

ISSN 2500-3399

ПИ №ФС77-57454

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Асадов Г.Г. 1 Багирова С.Б. 1 Кулиев Ф.А. 2 Бабаев М.И. 1

---

1 Институт дендрологии НАНА

2 Лянкоранский региональный научный центр

Железное дерево является одним из реликтовых растений Кавказа, в частности Азербайджана. Возраст растений превышает 4000 лет. Родиной является Персия, современный Иран. Оно является редчайшим растением, распространенным на склонах Талышских гор Ленкоранской области Азербайджана. Растение относится к семейству Hamamelidaceae, роду Parrotia, виду Parrotia persica (D. C.) C.A. May. Дерево обладает высочайшим ростом и развитием, долговечностью и способностью естественного восстановления, качественной древесиной, которая отличается от всех видов древесных пород удельным весом. Поэтому древесина данного вида плотная и тонет в воде. Это качество древесины позволяет широко использовать ее для изготовления мебели, в строительстве и в изготовлении оборудования для подводного и парусного судостроения. Впервые в условиях сухого субтропического климата Апшерона в Азербайджане интродуцировано 10 экземпляров молодых саженцев железного дерева, доставленных из Ленкоранского научного центра НАНА. Саженцы посажены на экспериментальном участке Института дендрологии НАНА ранней весной. Цель данной статьи – экспериментальное исследование жароустойчивости и засухоустойчивости в связи с динамикой фотосинтетической активности данного вида, интродуцированного на Апшеронский полуостров Азербайджана.

Статья в формате PDF

375 KB

железное дерево

жаро- и засухоустойчивость

динамика фотосинтеза

1. Викторов Д.П. Малый практикум по физиологии растений. М.: Высшая школа, 1969. С. 94–95.

2. Генкель П.А. Основные пути изучения физиологии засухоустойчивости растений. Физиология засухоустойчивости растений. М.: Наука, 1971. С. 5–27.

3. Сафаров И. Эколого-биологическая характеристика железного дерева // Труды Института ботаники АН Азербайджанской ССР. 1962. Т. 16.

4. Османова Г.О., Мехтиева Н.П., Абдыева Р.Ф. Онтогенетическая структура ценопопуляций некоторых редких видов растений Азербайджана. Бюллетень Ботанического сада-института ДВО РАН, 2018. Вып. 19. С. 38–44. DOI: 10.17581/bbgi1905.

5. Митина Л.В., Виноградова Е.Н., Хархота Л.В. Древесные растения Кавказа в Донецком ботаническом саду. Hortus bot. 2017. Т. 12. URL: http://hb.karelia.ru/journal/article.php?id=4406. DOI: 10.15393/j4.art.2017.4406 (дата обращения: 18.08.2022).

6. Байрамов А.А. Экологические основы интродукции растений в условиях сухих субтропиков Кавказа. Центральный Ботанический Сад НАНА. Vol. XI. URL: proceedingscbg.az/media/4.pdf (дата обращения: 18.08.2022).

7. Айдарханова Г.С., Имашева Б.С. Интродукция видов сиреней в условиях Акмолинской области // Вестник Карагандинского университета. Серия «Биология». 2021. № 3 (103). С. 7–17. DOI: 10.31489/2021BMG3/7-17.

8. Мамедов Т.С., Асадов Г.Г. Экология растений. Баку: «Елм», 2014. С. 310.

9. Ахмедова А.Б. Экологический анализ некоторых фанерофитов Азербайджана в условиях ex situ // Бюллетень науки и практики. 2022. Т. 8. № 1. DOI: 10.33619/2414-2948/74.

10. Иманова С.Х. Пути экологии и охраны земель (на примере Апшеронского полуострова). Баку, 2014. 173 с.

11. Искандер Э.О., Садыгова Н.А. Экология растений. Баку: Издательство Бакинского университета, 2018. 320 с.

Материалы и методы исследования

Железное дерево достигает высоты 20–30 м. Это листопадное дерево, диаметр ствола иногда достигает 1,5–2,0 м. Дерево цветоносное, цветение наблюдается до раскрытия листьевых почек. У цветка отсутствуют лепестки, количество чашелистиков 5–7, а количество тычинок соответствует числу лепестков. Плод – двустворчатая коробка. Созревают плоды к осени. Листья железного дерева небольшого размера, овальные, достигают длины 8–12 см, ширины 4–6 см. Весной и летом листья зеленые, к осени желтые, по краям красивые и пурпурные. Кора ствола коричнево-серая, ширина кроны достигает 15–20 м, древесина плотная, годичные кольца выражены слабо.

В экологическом отношении железное дерево предпочитает субтропический климат с теплой умеренной температурой. Поэтому данный вид растет в основном на склонах гор, не превышающих 700 м над уровнем моря. Он требователен к увлажненным почвам вдоль рек и ручьев, редко встречается в засушливых местах.

Железное дерево растет медленно, к 150–200 годам достигает 15–20 м высоты с диаметром ствола в 30–40 см, иногда в 50. Растение способно к естественному восстановлению с помощью корневых отростков, отходящих от корневого перешейка.

Исходя из вышесказанного, в целях экспериментальных исследований нами были приобретены из Ленкоранской области 10 экземпляров пятилистных саженцев железного дерева, которые были интродуцированы на территорию Института дендрологии НАНА, с целью определения жароустойчивости и засухоустойчивости данного вида в аридных условиях Апшеронского полуострова Азербайджана.

Для воплощения намеченных целей были определены биометрические показатели роста новых побегов, количество листьев на одном побеге, длина и ширина листьев, фотосинтетическая активность и количество хлорофилла в листьях. Измерение активности фотосинтеза произвели с помощью аппарата Plant photosynthesis meter 3051 C (Китай) и SPAD 502 Plus Chlorophyll meter (Индия).

Влияние высоких температур на растение произвели по методу Ф.Ф. Мацкова, описанному в [1], повышая температуру водяной бани с 40 °С до 80 °С, с дальнейшей обработкой листьев 0,2 Н соляной кислоты. Засухоустойчивость молодых саженцев железного дерева провели по методике П.А. Генкеля [2]. Полученные данные представлены в таблицах данной статьи.

Результаты исследования и их обсуждение

Железное дерево имеет высококачественную древесину розового цвета с коричневым оттенком. Плотная и весьма однородная древесина вида широко использовалась в изготовлении ткацких установок, декоративной фанеры с качественной полировкой, художественных рамок и др.

Древесина прочная, твердая, малоупругая и плохо колется. В своих статьях И.С. Сафаров [3] высоко оценивал древесину железного дерева и указывал физико-химические свойства древесины.

В табл. 1 представлены данные о степени повреждения листьев железного дерева в зависимости от высоких температурных показателей.

Как видно из табл. 1, молодые листья железного дерева выдерживают температуру внешней среды от 40 °С до 50 °С, а дальнейшее повышение температуры от 60 °С до 70 °С приводит к повреждению листовой пластинки. По-видимому, происходит повышение кислотного состава клеточного сока, а затем происходит осаждение ионов Mg2+ с образованием феофитина, фитоловой кислоты, амидов токсического характера. В связи с этим происходит гибель клеток, тканей и др. частей листового аппарата в целом [4–6].

Количество воды в листьях определяли путем высушивания в сушильном шкафу при температуре 105 °С, в течение 24 ч. Количество потерянной воды составляло 27 %. Из полученных данных стало ясно, что железное дерево по происхождению является гигрофитным растением, требовательным к питательной среде и влажной почве [7–9].

Саженцы, интродуцированные на экспериментальном участке Института дендрологии НАНА на Апшеронском полуострове с характерными засушливо-жаркими климатическими условиями, во второй декаде марта 2022 г., при оптимальном агротехническом уходе, произрастали без каких-либо отклонений. Биометрические параметры формирования листьев и побегов в течение 30 и 60 дней представлены в табл. 2 и 3.

Как видно из табл. 2, при оптимальном уходе за саженцами, интродуцированными в 18.03.2022 на экспериментальном участке, у них ускорено развитие почек, и за 30 дней, к 18.04.2022, длина побега в среднем равна 7,9 см, число образованных побегов на одном растении изменяется от 5 до 12. Количество листьев образовавшихся на одном побеге, в среднем 5, длина одного листа равна 4,2 см, а ширина равна 2,7 см, площадь одного листа составляет 11,8 см2. Общая фотосинтезирующая площадь всех листьев на деревце равна 59 см2.

В табл. 3 представлены сведения о росте и формировании листьев 60-дневных растений в весенний период развития. Данные таблицы свидетельствуют о том, что при регулярном агротехническом уходе (обеспечении водой, минеральными и органическими удобрениями) активность роста саженцев железного дерева интенсивно ускоряется.

Таблица 1

Степени повреждения листьев железного дерева в зависимости от температурных показателей

Примечание: «-» нет повреждений

«+» слабое повреждение

«++» повреждение в 50%

«+++» сильное повреждение

Таблица 2

Биоморфологические параметры роста молодых саженцев железного дерева (Parrotia persica (D. C.) C.A. May), интродуцированных на Апшеронском полуострове (19.04.2022)

Таблица 3

Биоморфологические параметры роста молодых саженцев железного дерева (Parrotia persica (D. C.) C. A. Mey) интродуционированной на Апшеронском полуострове (24.05.2022)

Таблица 4

Характеристика активности фотосинтеза листьев молодых саженцев железного дерева (Parrotia persica (D. C.) C.A. Mey) (18.04.2022)

При измерении роста побега формирование листьев особенно активно проявляется при температурных показателях среды от 22 °С до 30 °С, несколько задерживается в ветреные дни и при усилении осадков (май 2022 г.). Независимо от погодных условий, рост побега достигает за 60 дней в среднем 26,2 см количество побегов 12, количество сформировавшихся листьев 9, длина листа 7,1 см, ширина листа 4 см, площадь листьев на одном побеге 28 см2, а общая площадь листьев на одном растении составляет 255,3 см2.

При сравнении показателей роста 30-дневных и 60-дневных растений становится ясно, что прирост побегов и формирование листьев у 60-дневных саженцев превышает как таковой у 30-дневных почти в 2–2,5 раза, что свидетельствует об ускорении адаптации вида к условиям новой экологической среды. Этим утверждениям соответствуют полученные данные, представленные в табл. 4.

Как видно из табл. 4, железное дерево в весенний период своего развития отличается высокой активностью фотосинтеза. В таблице ярко выражены активность поглощения углекислого газа у всех 10 саженцев в 30-дневный период формирования листового аппарата, т.е. в начальном этапе вегетационного периода активности поглощения у них почти не различаются в пределах от 5,01 до 5,11×10˄-4. Температура внешней среды равна средневесенним показателям. Внутренняя температура протоплазмы листа изменяется от 13 до 14,2 °С, процентное содержание влажности в пределах 46,3–53,4 %, активность выделения потока во внешнюю среду схожа у всех экземпляров, количество выделяемых паров, т.е. транспирация, в пределах от 1,54 до 5,6×10˄-4, показатель активности Pn×10˄-6, изменяется в пределах, близких к оптимальным – от 3,6 до 25,1, выделение углекислого газа (СО2) изменяется от 12,6 до 48,3×10˄-4.

Сведения фотосинтетической активности ярко выражены на рис. 1, 2. В этот период внутренняя и внешняя температуры оказались равными, что способствовало умеренному течению фотосинтеза, распределению физической и химической энергии, для оптимизации энергетической активности хлорофилла в хлоропластах, создания оптимального синтеза органических соединений, обеспечивая выход кислорода в атмосферу и его обогащение [10, 11].

Рис. 1. Характеристика фотосинтеза листьев, P/моль

Рис. 2. Характеристика фотосинтеза листьев, P/моль

Рис. 3. Молодые саженцы железного дерева в открытом (а) и в затемненном (б) месте

Высокие показатели относительной влажности протоплазмы активизировали синтез энергетических ресурсов (рис. 3).

На фото отражен общий вид одного из десяти саженцев, интродуцированных на экспериментальный участок Института дендрологии. В табл. 3 представлены сведения о биоморфологических показателях 60-дневного роста побега и формирования листовой пластинки саженцев. Из десяти саженцев один пересажен в тенистую и увлажненную почву. Из наблюдений и измерений стало очевидно, что у саженцев в тенистом месте листья темно-зеленые и более удлинены, чем у саженцев в открытом месте с оптимальным освещением. Для сравнения отобрано растение. Длина побега растения № 6 16,2 см, длина листа 8 см, а ширина листа 4 см, площадь листа 32 см2. У № 10 длина побега 24,2 см, длина листа 8,2 см, площадь листа 34,3 см2. Количество хлорофилла на 5 мм2 площади равно 40,4 мкг/л, у 10-го 40,5 мкг/л – что мы связываем с биологической особенностью данного вида (табл. 4).

Из табл. 4 видно, что у саженцев, интродуцированных на Апшеронский полуостров, за 60 дней особых различий в росте и развитии не отмечено. Наблюдения в этом направлении будут проводиться до конца вегетации.

В табл. 5 представлена характеристика активности фотосинтеза листьев саженцев железного дерева, измеренная с помощью аппарата Plant photosynthesis meter 3051 C (Китай). Из данных видно, что молодые и активно формирующиеся листья производят интенсивную фотосинтетическую деятельность, особенно ранней весной. Данные табл. 5 говорят о том, что при двухминутной экспозиции поглощение СО2 равно 5,06×10˄-4 ркг/л, количество выходящего СО2 из устьиц равна 29×10˄-4 ркг/л. Усвоенное количество СО2 используется для синтеза органических соединений, повышение СО2 при выходе из листа является конечным продуктом при дыхании.

Таблица 5

Характеристика активности фотосинтеза листьев молодых саженцев железного дерева (Parrotia persica (D. C.) C.A. Mey (24.05.2022)

Таблица 6

Общее количество зеленых пигментов в 5 мм2 площади молодых листьев железного дерева в мкг/г

Во время фотосинтеза показатель влажности (отн. вл.) протоплазмы находится в равных условиях как у освещенных растений, так и у находящихся на затемненном участке, что подтверждается показателями рис. 1.

Как видно из табл. 5 и рис. 1, процесс фотосинтеза внутри вида не зависит от места выращивания – это биологическая особенность вида. Разница температур в окружающей и внутренней среде у 30-дневного листа равномерна, а у 60-дневных (3-я декада мая) разница составляет всего в 0,8 °С, тогда как отн. вл. превышает почти 5,6 % (табл. 6, рис. 2). Выход СО2 у 60-дневных саженцев отличается до 14,51×10˄-4. Поток газа внутри протоплазмы у 30-дневных саженцев изменяется в пределах 0,69 до 0,7, а у 60-дневных – от 0,69 до 0,64.

Из всего представленного вытекает, что реликтовое и эндемичное железное дерево при оптимальных условиях, обеспечении минеральными и органическими удобрениями, вполне приемлемо для интродукции на южном и восточном склонах Большого Кавказа, в Карабахской области, при озеленении Апшерона, Гянджи и других регионов Азербайджана.

Как показали эксперименты при интродукции железного дерева, отличия в жаро- и засухоустойчивости внутри вида не наблюдались. Растение показало высокую степень устойчивости в жаркой климатической среде в сухом субтропическом климате Апшерона.

Покойный И.С. Сафаров дал высокую оценку железному дереву и восточному платану, которые являются древнейшими представителями реликтовых и редких видов, заселяющих Землю, включив их в Красную книгу Азербайджана.

Заключение

Впервые в условиях сухого субтропического климата Апшерона в Азербайджане интродуцировано 10 экземпляров молодых саженцев железного дерева, доставленных из Ленкоранского научного центра НАНА. Саженцы посажены на экспериментальном участке Института дендрологии НАНА ранней весной.

Проведены морфологические и аналитические измерения молодых деревьев с использованием современных приборов. Определена активность фотосинтеза и количественное содержание хлорофилла в листьях. Установлено, что при оптимальном уходе и обеспечении минеральными и органическими удобрениями они выдерживают резкое изменение температур и освещенности, при этом нормально функционируя. За истекший срок каких-либо морфологических отклонений в росте и развитии вегетативных органов молодых саженцев железного дерева, интродуцированных на Апшеронском полуострове, не наблюдалось. Некоторые незначительные изменения являются внутривидовой особенностью – устойчивостью к изменениям экологической среды, в частности к изменениям современного климата.

Библиографическая ссылка