Variability of the reproductive ability of Lonicera caerulea (Caprifoliaceae) in the seismically active zone of the Altai Mountains (Severo-Chuisky range, Kyzyl-Yaryk valley) | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2020. № 52. DOI: 10.17223/19988591/52/3

Variability of the reproductive ability of Lonicera caerulea (Caprifoliaceae) in the seismically active zone of the Altai Mountains (Severo-Chuisky range, Kyzyl-Yaryk valley)

Seismically active areas of tectonic faults create specific inhomogeneous living conditions of plant populations and can thereby determine their structure. Studies of the reaction of plant reproductive structures to geoecological anomalies associated with active tectonic processes are practically absent. The aim of this work was to study the variability of the reproductive characteristics of Lonicera caerulea subsp. altaica plants in the local seismic zone of the Altai Mountains. We carried out studies in 2017 in the valley of the Kyzyl-Yaryk river (Altai Republic, Kosh-Agachsky district) (See Fig. 1), which was formed in the junction zone of seismic-generating faults active in the Holocene that are the boundaries of the North Chuy Range, Kurai intermountain basin and Chagan-Uzun massif and separating the Kurai and Chuysky depressions. We isolated 5 micropopulations of the Altai subspecies of blue honeysuckle - L. caerulea subsp. altaica in areas differing in volumetric activity of the radon emanation field (262-1162 Bq / m3) for research. Fifty fruits were selected in each micropopulation of L. caerulea subsp. altaica from 20 plants. We examined the morphometric characteristics and taste of the fruits, the number of full seeds and immature ovules in the fruits, the ratio of the number of full seeds to the total number of seeds and ovules, the correlation between the characters, as well as the seed germination capacity and germination readiness. The taste of the fruits was evaluated by the organoleptic method on a 5-point scale of taste variations based on the degree of bitterness in the fruits. To determine seed germinating capacity and germination readiness, germination was performed in Petri dishes at room temperature. We evaluated germination readiness on the 5th day, where n is the number of seeds and N is the number of seeds germinated during this period. For each micropopulation, we analyzed data for intragroup homogeneity using the %2 method. Student’s t-test, Fisher’s exact test and one-way ANOVA analysis were used to test statistically significant differences in reproductive characteristics, as well as to assess the correlation between them. The analysis of variance (ANOVA) showed that the values of the Fisher criterion for the length, width, index, weight of the fruit and the number of seeds in them considerably exceed the critical value, which indicates a reliable effect of the place of plant growth on all these parameters at a 95-99% probability level. For individual test micropopulations, significant differences were found in the morphometric characteristics and seed productivity of plant fruits in comparison to the control micropopulation (the area with the lowest level of radon emanation field) (See Fig. 2, 3, 4 and 5). An analysis of the frequency of occurrence of plants with different weight and seed productivity of the fruits from the studied micropopulations showed a shift in the distribution of these parameters towards larger values, compared to the control micropopulation (See Fig. 6). The seeds collected in the control micropopulation were characterized by the least germination (See Fig. 8) and the shortest germination period (See Fig. 9). In the studied population, the average and close degree of correlation between the weight of the fruit and the number of full seeds was established; the reliability of the correlation varied depending on the place of plant growth. Plants in the L. caerulea subsp. altaica in the valley of the Kyzyl-Yaryk river were characterized by high polymorphism of the fruit shape. The frequency of occurrence of plants with oval fruits was significantly lower than in populations of L. caerulea subsp. altaica in other areas of the Altai Mountains. In micropopulations under the influence of a higher level of volumetric activity of subsoil radon, the variety of fruit shapes (See Fig. 3) and their taste variations (See Fig. 7) increased, including an increase in the expression of the recessive trait L. caerulea, the absence of bitter fruits (bitter-free fruits). The correlation between the level of radon emanation and the frequency of occurrence of plants with bitter fruits was significant at p <0.01. The influence of the level of radon emanation on the variability of morphometric characteristics of the fruit, seed productivity, germination and germination energy of the seeds was not significant. The heterogeneity of the population of the L. caerulea subsp. altaica, according to the features of the generative sphere, suggests a possible influence of a complex of factors associated with active tectonic processes on the formation and development of plant reproductive organs. The paper contains 9 Figures and 42 References.

Download file
Counter downloads: 175

Keywords

active tectonic fault, radon, germination capacity and readiness, seed productivity, morphometry, Lonicera caerulea subsp. altaica

Authors

NameOrganizationE-mail
Boyarskykh Irina G.Central Siberian Botanical Garden, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciencesirina_2302@mail.ru
Volkova Lyudmila R.Central Siberian Botanical Garden, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences97lyudmila-volk@mail.ru
Всего: 2

References

Syvorotkin V.L. Hydrogen degassing of the Earth: Natural disasters and the biosphere // Man and the Geosphere / ed. Florinsky I.V. New York : Nova Science Publishers, 2010. РР, 307-347.
Вьюхина А.А., Омельченко Е.И., Шиманская Е.И., Чохели В.А., Вардуни Т.В. Применение методов биотестирования для индикации закономерностей варьирования фенотипических и цитогенетических изменений растений-индикторов в зависимости от степени тектонической нарушенности зоны произрастания // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2013. № 1. С. 45-51.
Trifonov V.G., Karakhanian A.S. Active faulting and human environment // Tectonophysics. 2004. Vol. 380, №3-4. PP. 287-294. doi: 10.1016/j.tecto.2003.09.025
Heads M. Biogeographical affinities of the New Caledonian biota: a puzzle with 24 pieces // Journal of Biogeography. 2010. № 37. PP. 1179-1201. doi: 10.1111/j.1365-2699.2010.02311.x
Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б., Беляев В.В., Бурлаков П.С. Влияние тектонических нарушений (дегазация, наведенные токи, вариации геомагнитного поля) севера Русской плиты на окружающую среду (на примере Архангельской области) // Вестн. КРАУНЦ. 2009. № 2 (14). С. 77-89.
Man and the Geosfhere / ed. by I.V. Florinsky. New York : Nova Science Publishers Inc., 2010. 385 р.
Geras’kin S.A., Kim J.K., Dikarev V.G., Oudalova A.A., Dikareva N.S., Spirin Y.V Cytogenetic effects of combined radioactive (137Cs) and chemical (Cd, Pb, and 2, 4-D herbicide) contamination on spring barley intercalar meristem cells // Mutat. Res. 2005. Vol. 586. PP. 147-159.
Евсеева Т.И., Гераськин С.А., Вахрушева О.М. Оценка вклада факторов радиационной и химической природы в формирование биологических эффектов в популяции горошка мышиного с территории складирования отходов радиевого производства (пос. Водный, Республика Коми) // Радиационная биология. Радиоэкология. 2014. Т 54, № 1. С. 85-95. doi: 10.7868/S0869803114010068
Heier L.S., Teien H.C., Oughton D., Tollefsen K.E., Olsvik P.A., Rosseland B.O., Lind O.C., Farmen E., Skipperud L., Salbu B. Sublethal effects in Atlantic salmon (Salmo salar) exposed to mixtures of copper, aluminium and gamma radiation // Journal of Environmental Radioactivity. 2012. PP. 33-34. doi: 10.1016/j.jenvrad.2012.04.004
Евсеева Т.И., Гераськин С.А., Белых Е.С. Майстренко Т.А., Brown J.E. Оценка репродуктивной способности Pinus sylvestris, произрастающей в условиях хронического воздействия радионуклидов уранового и ториевого рядов // Экология. 2011. № 5. С. 355-360.
Прокопьев И.А., Филиппова Г.В., Шеин А.А., Габышев Д.В. Влияние городского техногенного загрязнения на морфологические, биохимические характеристики и семенную продуктивность ромашки аптечной // Экология. 2014. № 1. С. 22-29. doi: 10.7868/S0367059713060097
Боярских И.Г Биологические особенности представителей Lonicera caerulea L. s.l. : дис.. канд. биол. наук. Новосибирск, 2004. 209 с.
Веселов Д.С. Веселов С.Ю., Высоцкая Л.Б., Кубоярова Г.Р., Фархутдинов Р.Г. Гормоны растений: регуляция концентрации, связь с ростом и водным обменом / отв. ред. Ф.М. Шакирова. М. : Наука, 2007. 158 с.
Pandolfini T. Seedless fruit production by hormonal regulation of fruit set // Nutrients. 2009. № 1. PP. 168-177. doi: 10.3390/nu1020168
Теплюк Н.Ю., Евтухова О.М., Шемберг М.А. Индивидуальная изменчивость морфологических и химических признаков жимолости голубой Красноярского края // Химия растительного сырья. 2003. № 7 (1). С. 87-91.
Шемберг М.А., Шемберг Е.Н. Изменчивость и структура популяций Lonicera pallasii Ledeb. в средней Сибири // Растительные ресурсы. 1994. Т. 30, № 4. С. 29-35.
Glantz S.A. Primer of Biostatistics. 7th ed. New York : McGraw-Hill, 2012. 320 p.
Позолотина В.Н. Отдаленные последствия действия радиации на растения. Екатеринбург : Академкнига, 2003. 244 с
Phartyal S., Kondo T., Hoshino Y, Baskin C., Baskin J. Morphological dormancy in seeds of the autumn-germinating shrub Lonicera caerulea var. emphyllocalix (Caprifoliaceae) // Plant Species Biology. 2009. Vol. 24. PP. 20-26. doi: 10.1111/j.1442-1984.2009.00232.x
Методические указания по семеноведению интродуцентов. М. : Наука, 1980. 64 с.
ГОСТ 13056.6-97. Семена деревьев и кустарников. Метод определения всхожести. Минск, 1998. 28 с.
Плеханова М.Н. Классификатор рода Lonicera L. подсекции Caeruleae Rehd. (Жимолость). Л. : ВИР, 1988. 25 с.
Скворцов А.К., Куклина А.Г. Голубые жимолости: Ботаническое изучение и перспективы культуры в средней полосе России. М. : Наука, 2002. 160 с.
Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений. М. : Наука, 1973. 283 с.
Spivak A.A. Manifestation of fault zones in geophysical fields // Geodynamics & Tectonophysics. 2014. № 5 (2). PP. 507-525. doi: 10.5800/GT-2014-5-2-0138
Agatova A., Nepop R. Dating strong prehistoric earthquakes and estimating their recurrence interval applying radiocarbon analysis and dendroseismological approach - case study from SE Altai (Russia) // International Journal of Geohazards and Environment. 2016. № 2 (3). PP. 131-149. doi: 10.15273/ijge.2016.03.014
Куликова А.И., Боярских И.Г. Репродуктивная способность Lonicera caerulea (Caprifoliaceae) в локальной зоне геолого-геофизической неоднородности Горного Алтая // Сибирский экологический журнал. 2015. № 4. С. 608-616. doi: 10.15372/SEJ20150412
Куликова А.И., Боярских И.Г Особенности формирования репродуктивных структур у тератной формы Lonicera caerulea (Caprifoliaceae) // Ботанический журн. 2014. Т 99, № 2. С. 193-205.
Боярских И.Г., Шитов А.В. Особенности внутрипопуляционной изменчивости плодов Lonicera caerulea L. в связи с активными геологическими процессами Горного Алтая // Вестник Томского государственного университета. 2011. № 348. С. 143-147.
Боярских И.Г., Васильев В.Г., Кукушкина Т.А. Изменение метаболизма Lonicera caerulea L. (Caprifoliaceae) в тектонически активной зоне Горного Алтая (Северо-Чуйский хр.) // Растительный мир Азиатской России. 2011. № 2. С. 114-119.
Handy M.R., Hirth G., Hovius N. (Eds.) Tectonic Faults: Agents of Change on a Dynamic Earth. Cambridge : MIT Press, 2007. 446 p.
Boyarskikh I.G., Shitov A.V Intraspecific variability of plants: the impact of active local faults // Man and the Geosphere / ed. I.V. Florinsky. New York : Nova Science, 2010. PP. 145-167.
Алексеева-Попова Н.В., Игошина Т.И., Косицин А.В., Ильинская Н.Л. Устойчивость к тяжелым металлам (Pb, Zn, Cu) отдельных видов и популяций естественных фитоценозов из района медноколчеданных рудопроявлений // Растения в экстремальных условиях минерального питания. Л. : Наука, 1983. C. 22-42.
Sethy S.K. Ghosh S. Effect of heavy metals on germination of seeds // J. Nat. Sci. Biol. Med. 2013. № 4(2). PP. 272-275. doi: 10.4103/0976-9668.116964
Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М. Физиологические основы устойчивости растений к тяжелым металлам: учеб. пособие; Институт биол. КарНЦ РАН. Петрозаводск : Карельский науч. центр РАН, 2011. 77 с.
Лянгузова И.В. Влияние аэротехногенного загрязнения на прорастание семян и рост проростков дикорастущих растений // Физиология растений. 2011. № 6. С. 844-852.
Жуйкова Т.В., Безель В.С., Позолотина В.Н., Северюхина О.А. Репродуктивные возможности растений в градиенте химического загрязнения среды // Экология. 2002. № 6. С 432-437.
Жуйкова Т.В., Позолотина В.Н., Безель В.С. Разные стратегии адаптации растений к токсическому загрязнению среды тяжелыми металлами (на примере Taraxacum officinale s.l) // Экология. 1999. № 3. С. 189-196.
Мазная Е.А., Лянгузова И.В. Эколого-популяционный мониторинг ягодных кустарничков при аэротехногенном загрязнении. СПб. : ВВМ, 2010. 195 с.
Анисимова Г.М., Лянгузова И.В., Шамров И.И. Влияние условий загрязнения окружающей среды на репродукцию растений // Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. Т. 3: Системы репродукции / ред. Т.Б. Батыгина. СПб. : Мир и семья, 2000. С. 532-535.
Батыгина Т.Б., Круглова Н.Н., Горбунова В.Ю., Титова Г.Е., Сельдимирова О.А. От микроспоры - к сорту / отв. ред. В.А. Вахитов. М. : Наука, 2010. 174 с.
Биологический контроль окружающей среды: генетический мониторинг : учеб. пособие для студ. высш. проф. образования / С.А. Гераськин, Е.И. Сарапульцева, Л.В. Цаценко и др. / ред. С.А. Гераськина, Е.И. Сарапульцевой. М. : Изд. центр «Академия», 2010. 208 с.
 Variability of the reproductive ability of <i>Lonicera caerulea </i>(Caprifoliaceae) in the seismically active zone of the Altai Mountains (Severo-Chuisky range, Kyzyl-Yaryk valley) | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2020. №  52. DOI: 10.17223/19988591/52/3

Variability of the reproductive ability of Lonicera caerulea (Caprifoliaceae) in the seismically active zone of the Altai Mountains (Severo-Chuisky range, Kyzyl-Yaryk valley) | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2020. № 52. DOI: 10.17223/19988591/52/3

Download full-text version
Counter downloads: 880