Anatomical, Morphological, and Physiological Features of Cyanolichen Peltigera praetextata (Florke ex Sommerf.) Zopf Thalli in Different Ontogenetic States
The goal of this study is to describe the cyanolichen Peltigera praetextata ontogenesis stages and reveal some of their morphological, anatomical, and physiological features. This paper analyzes 300 P. praetextata thalli taken in 2019 from aspen trunks in the aspen-spruce communities of the middle taiga territory in Kivach Nature Reserve (62°15'15.9'N, 33°58'746.1"E) from permanent sample plots. The authors determined the ontogenetic state of each thallus based on morphology and anatomy data using the concept of a discrete approach to the description of ontogenesis (Suetina, 2001). They registered the following thalli parameters: length, width, presence and length of rhizines, presence and width of veins, presence of phyllidia and apothecia, number of notches and lobes, shape, edge curl, and surface tomentum. They studied the anatomical parameters (thallus total thickness, tomentum thickness, cortical layer, algal layer and medulla thickness, algae cell size) using sections of thalli samples in all ontogenetic states from the apical, medial, and basal parts in triplicate. They measured the content of photosynthetic pigments spectrophotometrically with preparation of alcoholic extracts. To assess the parameters of the water regime of thalli having different ontogenetic states, the authors calculated a specific thallus mass (STM) and water holding capacity (WHC). They made a statistical data measurement using one-way ANOVA and regression analysis. They also calculated the coefficient of variation (CV) to assess the variability of the features under study. The study identified four periods and 12 ontogenetic states of P. praetextata: latent (sp), pre-generative (pr, prt, j, iml, im2, im3, vl, v2), generative (g), and post-generative (ss, s). The values of the morphological and anatomical parameters of the thalli increase during their development. The early ontogenesis stages demonstrate the highest variability of the parameters. The highest variability of the thallus structures under study within the ontogenetic states is registered for the rhizine length, vein width, and medulla thickness, while the highest constancy is typical of the share of the algal layer in the thallus that varies within a very limited range (22-32%) and reaches the minimum values in the post-generative period. The mycobiont increases in volume through a medulla growth. The physiological characteristics of the P. praetextata thalli differ in various ontogenetic states, while the generative thalli characterized by a normal ratio of photosynthetic pigments, maximum water saturation, and maximum water holding capacity have the maximum values. Thus, at early development stages, the thalli demonstrate a lower ability to retain moisture and may represent a critical stage in a lichen life cycle. On the one hand, the revealed wide variability of the morphological and anatomical parameters of young thalli testifies to their high adaptability, but the physiological parameters of water saturation indicate the vulnerability of these stages. These parameters confirm the validity of the ontogenetic stages identified. The paper contains 5 Figures, 5 Tables and 55 References. The Authors declare no conflict of interest.
Keywords
specific thallus mass,
water holding capacity,
photosynthetic pigments,
lichen,
ontogenesisAuthors
Androsova Vera I. | Petrozavodsk State University | vera.androsova28@gmail.com |
Virolainen Pavel A. | St. Petersburg State University | s.pasha98@yandex.ru |
Всего: 2
References
Андросова В.И., Чирва О.В., Игнатенко Р.В. Параметры водного режима талломов лишайника лобария легочная (Lobaria pulmonaria) лесных сообществ южной Карелии // Экология и эволюция: новые горизонты: материалы международного симпозиума, посвященного 100-летию академика С. С. Шварца (1-5 апреля, 2019, г. Екатеринбург). Екатеринбург : Гуманитарный университет, 2019. С. 215-217.
Андросова В.И., Суроева Л.Е. Структурно-функциональные особенности доминантного вида лишайника Hypogymnia physodes в лесных сообществах Карелии // Ботаника в современном мире : труды XIV съезда Русского ботанического общества и конференции «Ботаника в современном мире» (г. Махачкала, 18-23 июня 2018 г.). Т. 3: Споровые растения. Микология. Структурная ботаника. Физиология и биохимия растений. Эмбриология растений. Махачкала : АЛЕФ, 2018. С. 11-13.
Honegger R. Water relations in lichens // Fungi in the Environment. Cambridge: Cambridge University Press, 2006. P. 185-200.
Gauslaa Y., Arsenault A. The cyanolichens Erioderma pedicellatum and Coccocarpia palmicola need much more than a dewfall to fill their water holding capacity // Flora. 2020. Vol. 269. doi: 10.1016/j.flora.2020.151648
Слонов Л.Х., Слонов Т.Л., Ханов З.М. Эколого-физиологические особенности лишайников горной системы центральной части Северного Кавказа. Нальчик : Эльбрус, 2009. 155 с.
Табаленкова Г.Н., Дымова О.В., Головко Т.К. Цианопрокариоты как компонент лишайников рода Peltigera // Цианопрокариоты/цианобактерии: систематика, экология, распространение : материалы докладов II Международной научной школы-конференции, 16-21 сентября 2019 г., Сыктывкар, Россия. Сыктывкар : ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, 2019. С. 259-263. doi: 10.31857/S0006813620010093
Golovko T., Dymova O., Zakhozhiy I., Dalke I., Kokovkina E. Photosynthetic physiology and pigments in Lobaria pulmonaria lichen // Photosynthetic pigments - chemical structure, biological function and ecology. Syktyvkar : Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2014. PP. 384-395.
Сонина А.В., Марковская Е.Ф., Кособрюхов А.А. Функциональные адаптации фотосинтетического аппарата эпилитных лишайников к условиям побережий Белого и Баренцева морей // Растения в условиях глобальных и локальных природноклиматических и антропогенных изменений : тезисы докладов Всероссийской научной конференции с международным участием и школы для молодых ученых (21-26 сентября 2015 г.). Петрозаводск : КарНЦ РАН, 2015. С. 502.
Андросова В.И., Чирва О.В. Структурно-функциональные особенности талломов Lobaria pulmonaria (L.) Hoffm. разных онтогенетических стадий // Экспериментальная биология растений: фундаментальные и прикладные аспекты: Годичное собрание ОФР : науч. конф. и школа для мол. уч., 18-24 сент. 2017 г., Судак : сб. мат. докл. М. : Центр содействия научной, образовательной и просветительской деятельности «Соцветие», 2017. С. 93.
Sonina A.V., Androsova V.I., Tsunskaya A.A., Suroeva L.E.Comparative study of structural and ecophysiological features of lichens of different ecological groups in rocky forest communities of northernmost boreal zone (Karelia, Russia) // Czech Polar Reports. 2018. Vol. 8, № 2. PP. 186-197. doi: 10.5817/CPR2018-2-15
Sucharita B., Malleshwar D., Manoharachary C., Mulaikrishna K. Extraction of lecanoric acid from Parmelia andina Mull. Arg. & its effect on mitosis in Allium crepa L. root tips // Current Science. 1983. № 52. PP. 21-22.
Hill D.J. Lobe growth in lichen thalli // Symbiosis. 1992. № 12. PP. 43-55.
Rassabina A.E., Gurianov O.P., Beckett R.P., Minibayeva F.V. Melanin from the Lichens Cetraria islandica and Pseudevernia. furfuracea: Structural Features and Physicochemical Properties // Biochemistry (Moscow). 2020. Vol. 85, № 5. PP. 623-628. doi: 10.1134/S0006297920050119
Bellemere A., Letrouit-Galinou M.A. Asci, Ascospores, and Ascomata // CRC Handbook of Lichenology. Vol. 1. Boca Raton: CRC Press, Inc., 1988. PP. 161-179.
Beckett R.P., Solhaug K.A., Gauslaa Y., Minibayeva F.V. Improved photoprotection in melanized lichens is a result of fungal solar radiation screening rather than photobiont acclimation // The Lichenologist. 2019. Vol. 51, № 5. PP. 483-491. doi: 10.1017/S0024282919000276
Stocker-Worgotter E., Turk R. Artificial cultures of the cyanobacterial lichen Peltigera didactyla (Peltigeraceae) in the natural environment // Plant Systematics and Evolution. 1989. Vol. 165. PP. 39-48. doi: 10.1007/BF00936033
Hilmo O., Ott S. Juvenile development of the cyanolichen Lobaria scrobiculata and the green algal lichens Platismatia glauca and Platismatia norvegica in a boreal Picea abies forest // Plant Biology. 2002. Vol. 4. PP. 273-280. doi: 10.1055/s-2002-25734
Толпышева Т.Ю., Шишконакова Е.А. Лишайники природного парка «Нумто». Краткий определитель. БУ ХМАО-Югры «Природный парк «Нумто», 2018. 187 с.
Schuster G., Ott S., Jahns H.M. Artificial cultures of lichens in the natural environment // The Lichenologist. 1985. Vol. 17, № 3. PP. 247-253. doi: 10.1017/S0024282985000317
Stocker-Worgotter E., Turk R. Artificial resynthesis of thalli of the cyanobacterial lichen Peltigera praetextata under laboratory conditions // The Lichenologist. 1991. Vol. 23, № 2. PP. 127-138. doi: 10.1017/S0024282991000294
Gauslaa Y., Coxson D.S.Interspecific and intraspecific variations in water storage in epiphytic old forest foliose lichens // Botany. 2011. Vol. 89. PP. 787-798. doi: 10.1139/b11-070
Ивантер Э.В., Коросов А.В. Введение в количественную биологию : учеб. пособие. Петрозаводск : Изд-во ПетрГУ, 2011. 302 с.
Wintermans J.F.G.M., De Mots A. Spectrophotometric characteristics of chlorophylls a and b and their phenophytins in ethanol // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biophysics including Photosynthesis. 1965. Vol. 109. PP. 448-453. doi: 10.1016/0926-6585(65)90170-6
Stocker-Worgotter E. Thallus formation of two cyanobacterial lichens: Peltigera didactyla and Peltigera praetextata, under laboratory conditions // Bulletin de la Societe Botanique de France, Lettres Botaniques. 1991. Vol. 138, № 3. PP. 179-187. doi: 10.1080/01811797.1991.10824920
Суетина Ю.Г., Глотов Н.В. Популяционно-онтогенетические исследования эпифитных лишайников // Теоретические проблемы экологии и эволюции: Шестые Любищевские чтения, 11-й Всероссийский популяционный семинар и Всероссийский семинар «Гомеостатические механизмы биологических систем» с общей темой «Проблемы популяционной экологии» (Тольятти, 6-10 апреля 2015 г.). Тольятти : Кассандра, 2015. С. 288-292.
Окснер А.Н. Определитель лишайников СССР. Морфология, систематика и географическое распространение. 2-е изд. Л. : Наука, 1974. 283 с.
Суетина Ю.Г. Онтогенез и популяционная структураXanthoria parietina (L.) Th. Fr. в различных экологических условиях // Экология. 2001. № 3. С. 203-208.
Андреева Е.Н., Баккал И.Ю., Горшков В.В., Лянгузова И.В., Мазная Е.А., Нешатаев В.Ю., Нешатаева В.Ю., Ставрова Н.И., Ярмишко В.Т., Ярмишко М.А. Методы изучения лесных сообществ. СПб. : Изд-во СПбГУ, 2002. 240 с.
Spribille T. Relative symbiont input and the lichen symbiotic outcome // Current Opinion in Plant Biology. 2018. Vol. 44. PP. 57-63. doi: 10.1016/j.pbi.2018.02.007
Игнатенко Р.В. Экология лишайника Lobaria pulmonaria (L.) Hoffm. в растительных сообществах Карелии : дис.. канд. биол. наук. СПб. : Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН, 2017. 220 с.
Гранович А.И., Островский А.Н., Добровольский А. А. Морфопроцесс и жизненные циклы организмов // Журнал общей биологии. 2010. Т. 71, № 6. С. 514-522.
Игнатенко Р.В., Тарасова В.Н., Марковская Е.Ф. Онтогенез лишайника Lobaria pulmonaria (L.) Hoffm. в растительных сообществах бореальной зоны // Онтогенез. 2020. Т. 51, № 2. С. 132-142. doi: 10.31857/S0475145020020044
Суетина Ю.Г., Глотов Н.В. Онтогенез и морфогенез кустистого лишайника Usnea florida (L.) Weber ex F. H. Wigg. // Онтогенез. 2010. Т. 41. № 1. С. 32-40. doi: 10.1134/S1062360410010030
Михайлова И.Н. Анализ субпопуляционных структур эпифитных лишайников (на примере Lobaria pulmonaria (L.) Hoffm.) // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Биология. 2005. № 1. С. 124-134.
Paoli L., Guttova A., Sorbo S., Grassi A., Lackovicova A., Basile A., Senko D., Loppi S. Vitality of the cyanolichen Peltigera praetextata exposed around a cement plant (SW Slovakia): A comparison with green algal lichens // Biologia. 2016. Vol. 71, № 3. PP. 272-280. doi: 10.1515/biolog-2016-0059
Nardini A., Marchetto A., Tretiach M. Water relation parameters of six Peltigera species correlate with their habitat preferences // Fungal Ecology. 2013. Vol. 6, № 5. PP. 397407. doi: 10.1016/j.funeco.2013.05.004
Cassar N., Bellenger J.-P., Jackson R.B., Karr J.D., Barnett B. N2 fixation estimates in real-time by cavity ring-down laser absorption spectroscopy // Oecologia. 2012. № 168. PP. 335-342. doi: 10.1007/s00442-011-2105-y
Solhaug K.A., Xie L., Gauslaa Y. Unequal allocation of excitation energy between photosystem II and I reduces cyanolichen photosynthesis in blue light // Plant and Cell Physiology. 2014. Vol. 55, № 8. PP. 1404-1414. doi: 10.1093/pcp/pcu065
Leisner J.M.R., Bilger W., Czygan F.-C., Llange O.L. Light exposure and the composition of lipophilous carotenoids in cyanobacterial lichens // Journal of Plant Physiology. 1994. Vol. 143, № 4-5. PP. 514-519. doi: 10.1016/S0176-1617(11)81815-8
Cansaran-Duman D., Altunkaynak E., Aslan A., Buyuk 1., Aras S. Application of molecular markers to detect DNA damage caused by environmental pollutants in lichen species // Genetics and Molecular Research. 2015. № 14. PP. 4637-4650. doi: 10.4238/2015.May.4.23
Vitikainen O. Peltigeraceae // Nordic Lichen Flora. Vol. 3. Ahti T., Jorgensen P.M., Krisninsson H., Moberg R., Sochting U., Thor G., editors. Uddevalla, 2007. PP. 113-131.
Wijayawardene N.N., Hyde K.D., Al-Ani L.K.T., Tedersoo L., Haelewaters D., Rajeshkumar K.C. et al. Outline of fungi and fungus-like taxa // Mycosphere. 2020. Vol. 11, № 1. PP. 1060-1456. doi: 10.5943/mycosphere/11/1/8
Belnap J. Factors influencing nitrogen fixation and nitrogen release in biological soil crusts // Biological Soil Crusts: Structure, Function, and Management / Belnap J., Lange O.L., editors. Berlin: Springer-Verlag, 2001. PP. 241-261. doi: 10.1007/978-3-642-56475-8 19
Liu Y.-R., Delgado-Baquerizo M., Trivedi P., He J.-Z., Wang J.-T., Singh B.K. Identity of biocrust species and microbial communities drive the response of soil multifunctionality to simulated global change // Soil Biology and Biochemistry. 2017. Vol. 107. PP. 208217. doi: 10.1016/j.soilbio.2016.12.003
Rikkinen J. Cyanolichens // Biodiversity and Conservation. 2015. № 24. PP. 973-993. doi: 10.1007/s10531-015-0906-8
Fedrowitz K., Kuusinen M., Snall T. Metapopulation dynamics and future persistence of epiphytic cyanolichens in a European boreal forest ecosystem // Journal of Applied Ecology. 2012. Vol. 49, № 2. PP. 493-502. doi: 10.1111/j.1365-2664.2012.02113.x
Ellis C.J., Coppins B.J. Contrasting functional traits maintain lichen epiphyte diversity in response to climate and autogenic succession // Journal of Biogeography. 2006. Vol. 33, № 9. PP. 1643-1656. doi: 10.1111/j.1365-2699.2006.01522.x
Mikhailova I., Trubina M., Vorobeichik E., Scheidegger C. Influence of environmental factors on the local-scale distribution of cyanobacterial lichens: case study in the North Urals, Russia // Folia Cryptogamica Estonica. 2005. № 41. PP. 45-54.
Nash III T.H. Lichen biology. Cambridge University Press, 1996. 303 p.
Lesica P., McCune B., Cooper S.V., Hong W.S. Differences in lichen and bryophyte communities between old-growth and managed second-growth forests in the Swan Valley, Montana // Canadian Journal of Botany. 1991. Vol. 69, № 8. PP. 1745-1755. doi: 10.1139/b91-222
Головко Т.К., Дымова О.В., Табаленкова Г.Н., Пыстина Т.Н. Фотосинтетические пигменты и азот в талломах лишайников бореальной флоры // Теорeтическая и прикладная экология. 2015. № 4. С. 38-44. doi: 10.25750/1995-4301-2015-4-038-044
Antoine M.E. An ecophysiological approach to quantifying nitrogen fixation by Lobaria oregana // Bryologist. 2004. Vol. 107, № 1. PP. 82-87. doi: 10.1639/0007-2745(2004)107[82:AEATQN]2.0.CO;2
Henskens F.L., Green T.G.A., Wilkins A. Cyanolichens can have both cyanobacteria and green algae in a common layer as major contributors to photosynthesis // Annals of Botany. 2012. Vol. 110, № 3. PP. 555-563. doi: 10.1093/aob/mcs108
Forman R.T.T. Canopy lichens with blue-green algae - nitrogen source in a Colombian rainforest // Ecology. 1975. № 56. PP. 1176-1184. doi: 10.2307/1936157
Green T.G.A., Horstmann T., Bonnett H., Wilkins A., Silvester W. Nitrogen fixation by members of the Stictaceae (Lichenes) of New Zealand // New Phytologist. 1980. Vol. 84, № 2. PP. 339-348. doi: 10.1111/j. 1469-8137.1980.tb04434.x