Тезис доклада АКТУАЛЬНОСТЬ Эколого-физиологическим особенностям процесса фотосинтеза древесных растений в Сибири посвящено немало работ. К сожалению, исследования по фотосинтезу широколиственных деревьев, а именно березы плосколистной в Южной Якутии, почти не проводились. Имеются лишь данные эпизодических исследований в Центральной Якутии в средне-продуктивном лесу и результаты фитотронных исследований за рубежом. КЛИК Цель исследования – изучение эколого-физиологических особенностей процесса фотосинтеза березы плосколистной (Bétula platyphýlla) в Юго-Восточной Якутии. Были поставлены следующие задачи: • 1. Изучить максимальную интенсивность фотосинтеза березы; • 2. Выявить сезонные особенности фотосинтеза березы; • 3. Исследовать световую и углекислотную зависимость процесса фотосинтеза березы; • 4. Провести анализ содержания С и N, включая стабильные изотопы, в фотосинтезирующих органах березы и их связь с фотосинтезом КЛИК Полевые работы проводились с 7 июня по 13 августа КЛИК на лесной станции «Элгээйи» ИБПК СО РАН расположена в юго-восточной части, на левом берегу р. Алдан в 60 км южнее пос. Усть-Мая. КЛИК Основной лесообразующей породой является лиственница (Larix cajanderi Mayr.) Почва на участке исследования дерново-палевая типичная на карбонатных суглинках. КЛИК Для измерений использовался инфракрасный газоанализатор LI-6400 с версией ОС Open 6.1.4 (LI-COR, США). Измерялись параметры фотосинтеза обрезанных веток березы помещенных в сосуд с водой. Углекислотные (СО2 или A-Ci) и световые (ФАР) кривые получены в соответствии с документацией LI-6400. Все вычисления измеряемых параметров и их производных автоматизированы в ОС 6.1.4 прибора LI-6400, данные наряду с текстовым форматом сохраняются также в формате формульной таблицы MS Excel. Последующая обработка данных произведена с помощью MS Excel. КЛИК Исследования содержания изотопов С и N проводились на масс-спектрометре Delta-V, USA в биогеохимической лаборатории Университета Хоккайдо, Япония. КЛИК В ходе литературного обзора зарубежных и российских авторов по фотосинтезу березы было проведено сравнение максимального фотосинтеза между видами берез и между различными древесными породами. Таблица 1. Сравнение максимальных значений фотосинтеза различных видов березы Наибольшая скорость фотосинтеза наблюдается у березы плосколистной в Центральной Якутии (22,5 мкмоль СО2 м-2 с-1), в Юговосточной Якутии фотосинтез показывет средние значения в 15,8 мкмоль СО2 м-2 с-1. КЛИК Также скорость фотосинтеза березы в Юго-восточной Якутии выше чем у других видов древесных растений, таких как дуб, сосна и лиственница. КЛИК Для измерения процессов фотосинтеза мы использовали расчетные биохимические параметры и световые параметры, показанные в данной таблице. КЛИК Для отображения на графике (рис. 10) нами были использованы основные биохимические параметры – общее дыхание листа (Resp); максимальная скорость карбоксилирования (Vc max); максимальная скорость электронного транспорта (Jmax); скорость утилизации триозофосфатов (TPU); По основным биохимическим параметрам фотосинтеза березы, можно заметить хорошую взаимосвязь между различными показателями (Resp, Vcmax, TPU, Jmax). Все параметры имеют первичные и вторичные пиковые значения, 18 июня и 10 июля соответственно, кроме Jmax, который имеет противоположные показатели по пиковым значениям, 18 июня вторичные и 10 июля первичные показатели. КЛИК Также на данной таблице заметно что скорость ассимиляции у березы выше чем у лиственницы, сосны и брусники, произрастающих на территории научной станции Эльгээйи. КЛИК На данном графике представлено световое насыщение березы в течение вегетационного периода при увеличении ФАР. По световой зависимости фотосинтеза в течении всего лета диапазон светового насыщения листьев березы плосколистной располагается от 143 до 380 мкМ · м-2 · с-1, в зависимости от временного периода, после чего скорость фотосинтеза выходит на относительное плато. Так самая низкая точка светового насыщения приходится на 9 июня, а максимальная на 2 августа. КЛИК Для березы самая низкая СО2-ассимиляция в ответ на Ci и ФАР прослеживается в начале июня при отличной погоде (рис. 15). СО-ассимиляция в ответ на Ci прослеживается на начало июня и самая высокая на 10 июля. Диапазон углекислотного насыщения находится от 480 до 700 мкмоль моль-1. В то время, как нормальная концентрация углекислого газа в атмосфере равна 380-400 мкмоль моль-1, что является свидетельством того, что углекислота не является лимитирующим фактором их фотосинтетической деятельности. КЛИК Нами установлен положительный коэффициент корреляции между скоростью карбоксилирования и содержанием углерода в листьях, С и Vcmax равная R² = 0,24 Тогда как, зависимость между максимальной интенсивностью карбоксилирования (Vcmax) и азотом (N) была низкой. Все это дает основание полагать, что азот не сильно влияет на фотосинтез березы. Обычное для С3-растений значение изотопной дискриминации тяжелого 13С изотопа находится в диапазоне от 25 до 35 промилле. В связи с этим, очень важным для нас было выявить взаимосвязь между изотопами углерода и максимальной скоростью карбоксилирования (Vcmax). По нашим данным, изотопная дикриминация березы плосколистной в Юго-восточной Якутии составила всего 11 промилле, что в два раза ниже чем у других пород деревьев. Следовательно, можно предположить, что у березы плосколистной в Якутии вовлечение в дыхательный метаболизм вторичных соединений, депонированных в запас в составе древесины занижено. Поэтому вполне ожидаемо утяжеление изотопного состава углерода древесины по сравнению с листьями и тонкими корнями. КЛИК 1. Максимальная интенсивность фотосинтеза березы плосколистной в Юго-восточной Якутии (15,8 мкМ СО2 м-2 с-1) на 60 % выше хвойных пород деревьев Якутии, но на 20 % меньше таковых берез из других регионов планеты. Максимальные скорости СО2-ассимиляции древесных растений Восточной Сибири хорошо подходят как под теоретические (модельные), так и экспериментальные диапазоны величин для бореальной зоны. 2. Сезонный максимум фотосинтеза листьев березы наблюдается в конце второй декады июня, что хорошо согласуется со скоростью утилизации продуктов фотосинтеза триозофосфатов. 3. Сезонный максимум интенсивности дыхания листьев березы наблюдается в начале вегетационного периода и составляет 2,56 мкМ СО2 м-2 с-1. В данный период на процессы развития, роста и поддержания березы требуется больше энергетических затрат. 4. У исследуемого вида березы плато светового насыщения наблюдается в интервале300 – 500 мкМ м-2 с-1. 5. Диапазон углекислотного насыщения березы в течение вегетационного периода варьирует от 480 до 700 мкМ моль-1. 6. Выявлена хорошая корреляционная зависимость между максимальной скоростью карбоксилирования c содержанием углерода и с соотношением углерода и азота равная R = 0,24, в то время как взаимосвязь между максимальной скоростью карбоксилирования и азотом намного слабее, что связано прежде всего с экологическим условиями произрастания березы в Юговосточной Якутии. 7. Изотопная дискриминация березы плосколистной в Юго-восточной Якутии составила 11‰, что в два раза ниже, чем у других пород деревьев. Все это указывает на слабое вовлечение в дыхательный метаболизм вторичных соединений, депонированных в составе древесины березы.
