EFFECT OF EMISSIONS FROM ALUMINUM PRODUCTION ON PHOTOSYNTHETIC APPARATUS OF SIBERIAN LARCH

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The article presents data on the effect of emissions from the Bratsk Aluminum Plant (BrAZ) on the photosynthetic apparatus of Siberian larch ( Larix sibirica Ledeb.). On the basis of data on the content of elements-pollutants (fluorine, sulphur, heavy, light metals and metalloids) in needle trees using cluster analysis the trees of critical, strong, moderate, low level of contamination, as well as background stands were identified in the surveyed area. It has been established that in the needles of trees with an increase in the level of pollution, the content of pigments decreases: chlorophyll a - by 68 %, chlorophyll b - by 72 %, carotenoids - by 67 % compared to the background level. The morphometric parameters of the assimilation organs of polluted trees (the length of auxiblasts of the second year of life, the mass of needles on them, and the length of needles) are reduced by 45-65 % compared to the background values; their minimum values are found at a critical level of pollution (on the territory of the BrAZ industrial zone). The presence of functional disorders of the photosynthetic apparatus of needles in conditions of pollution by emissions from an aluminum plant is evidenced by a change in the parameters of chlorophyll fluorescence: a decrease in the photochemical activity of photosystem II (Fv/Fm) by 7 %, the electron transport flow rate (ETR) - by 26 %, the quantum yield of photosystem II (Y(II) - by 35 %, as well as an increase in background fluorescence of chlorophyll F0 by 26-35 % and non-photochemical quenching of chlorophyll fluorescence (NPQ) by 27 % compared to background values. The maximum negative impact of emissions on the photochemical processes of larch needles was recorded at the critical level of trees pollution.

About the authors

M. V. Oskorbina

Siberian Instititue of Plant Physiology and Biochemistry, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

Author for correspondence.
Email: omaria-84@yandex.ru
Irkutsk, Russian Federation

O. V. Kalugina

Siberian Instititue of Plant Physiology and Biochemistry, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

Email: olignat32@inbox.ru
Irkutsk, Russian Federation

L. V. Afanas’eva

Institute of General and Experimental Biology, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch

Email: afanl@mail.ru
Ulan-Ude, Russian Federation

References

  1. Алексеев А. М. Водный режим растения и влияние на него засухи. Казань: Татиздат, 1984. 180 c
  2. Гамалей Ю. В. Флоэма листа: развитие структуры и функции в связи с эволюцией цветковых растений. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1990. 144 с
  3. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2020 г.». Иркутск: Мегапринт, 2021. 330 с
  4. Гусев Н. А. Некоторые методы исследования водного режима растений. Л.: Изд-во АН СССР, 1960. 61 с
  5. Загирова С. Структура хвои и фотосинтез лиственницы на Крайнем Севере // Вестн. Ин-та биол. Коми науч. центра УрО РАН. 2007. № 5. С. 7-9
  6. Зайцев Г. Н. Математика в экспериментальной ботанике. М.: Наука. 1990. 296 с
  7. Иванова М. В., Суворова Г. Г. Структура и функция фотосинтетического аппарата хвойных в условиях юга Восточной Сибири. Иркутск: Ин-т геогр. им. В. Б. Сочавы СО РАН, 2014. 79 с
  8. Касимов Н. С., Битюкова В. Р., Кислов А. В., Кошелева Н. Е., Никифорова Е. М., Малхазова С. М., Шартова Н. В. Проблемы экогеохимии крупных городов // Охрана и разведка недр. 2012. № 7. С. 8-13
  9. Клячко-Гурвич Г. Л., Пронина Н. А., Ладыгин В. Г., Цоглин Л. Н., Семененко В. Е. Разобщенное функционирование отдельных фотосистем. I. Особенности и роль десатурации жирных кислот // Физиол. раст. 2000. Т. 47. № 5. С. 688-698
  10. Корзухин М. Д., Выгодская Н. Н., Милюкова И. М., Татаринов Ф. А., Цельникер Ю. Л. Применение объединенной модели фотосинтеза и устьичной проводимости к анализу ассимиляции углерода елью и лиственницей в лесах России // Физиол. раст. 2004. Т. 51. № 3. С. 341-354
  11. Маторин Д. Н., Алексеев А. А. Флуоресценция хлорофилла для биоиндикации растений. М.: ПКЦАльтекс, 2013. 364 с
  12. Михайлова Т. А., Бережная Н. С., Игнатьева О. В. Элементный состав хвои и морфофизиологические параметры сосны обыкновенной в условиях техногенного загрязнения. Иркутск: Ин-т геогр. им. В. Б. Сочавы СО РАН, 2006. 134 с
  13. Михайлова Т. А., Калугина О. В., Шергина О. В. Мониторинг техногенного загрязнения и состояния сосновых лесов на примере Иркутской области // Лесоведение. 2020. № 3. С. 265-273
  14. Суворова Г. Г. Фотосинтез хвойных деревьев в условиях Сибири. Новосибирск: Акад. изд-во «Гео», 2009. 195 с
  15. Суворова Г. Г., Щербатюк А. С., Янькова Л. С., Копытова Л. Д. Максимальная интенсивность фотосинтеза ели сибирской и лиственницы сибирской в Прибайкалье // Лесоведение. 2003. № 6. С. 58-65
  16. Тужилкина В. В. Фотосинтетические пигменты хвои ели сибирской в среднетаежных лесах Европейского Северо-Востока России // Сиб. лесн. журн. 2017. № 1. С. 65-73
  17. Тужилкина В. В. Влияние аэротехногенного загрязнения целлюлозно-бумажного производства на пигментный комплекс сосны обыкновенной // Теор. и прикл. экол. 2021. № 1. С. 90-96
  18. Шереметьев С. Н. Травы на градиенте влажности почвы. М.: Тов-во науч. изд. КМК, 2005. 271 с
  19. Янин Е. П. Скандий в окружающей среде (распространенность, техногенные источники, вторичные ресурсы) // Пробл. окр. среды и природ. рес. 2007. № 8. C. 70-90
  20. Gameiro C., Utkin A. B., Cartaxana P., Silva J. M. da, Matos A. R. The use of laser induced chlorophyll fluorescence (LIF) as a fast and non-destructive method to investigate water deficit in Arabidopsis // Agr. Water Manag. 2016. V. 164. Part 1. P. 127-136
  21. Hazrati S., Tahmasebi-Sarvestani Z., Modarres-Sanavy S. A. M., Mokhtassi-Bidgoli A., Nicola S. Effects of water stress and light intensity on chlorophyll fluorescence parameters and pigments of Aloe vera L. // Plant Physiol. Biochem. 2016. V. 106. P. 141-148
  22. Kalugina O. V., Mikhailova T. A., Afanasyeva L. V., Gurina V. V., Ivanova M. V. Changes in the fatty acid composition of pine needle lipids under the aluminum smelter emissions // Ecotoxicology. 2021. V. 29. N. 4. P. 1287-1289
  23. Klyachko-Gurvich G. L., Pronina N. A., Ladygin V. G., Tsoglin L. N., Semenenko V. E. Uncoupled functioning of separate photosystems: 1. Characteristics of fatty acid desaturation and its role // Rus. J. Plant Physiol. 2000. V. 47. N. 5. P. 603-612 (Original Rus. Text © 2000 G. L. Klyachko-Gurvich, N. A. Pronina, V. G. Ladygin, L. N. Tsoglin, V. E. Semenenko, publ. in Fiziologiya Rasteniy. 2000. V. 47. N. 5. P. 688-698)
  24. Korzukhin M. D., Vygodskaya N. N., Milyukova I. M., Tatarinov F. A., Tsel’niker Yu. L. Application of a coupled photosynthesis-stomatal conductance model to analysis of carbon assimilation by spruce and larch trees in the forests of Russia // Rus. J. Plant Physiol. 2004. V. 51. N. 3. P. 302-315 (Original Rus. Text © 2004 M. D. Korzukhin, N. N. Vygodskaya, I. M. Milyukova, F. A. Tatarinov, Yu. L. Tsel’niker, publ. in Fiziologiya Rasteniy. 2004. V. 51. N. 3. P. 341-354)
  25. Lichtenthaler H. K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes // Methods in Enzymology. 1987. V. 148. P. 350-382
  26. Manual on methods and criteria for harmonized sampling.assessment.monitoring and analysis of the effects of air pollution on forests UNECE. ICP Forests Programme Coordinating Centre, 2010. http://www.icp-forests.org/Manual.htm/
  27. Orekhov D. I., Yakovleva O. V., Goryachev S. N., Protopopov F. F., Alekseev A. A. The use of parameters of chlorophyll a fluorescence induction to evaluate the state of plants under anthropogenic load // Biophysics. 2015. V. 60. Iss. 2. P. 263-268
  28. Vernon L. P. Spectrophotometric determination of chlorophylls and pheophytins in plant extracts // Anal. Chem. 1960. V. 32. Iss. 9. P. 1144-1150
  29. Wintermans I. F., De Mots A. Spectrophotometric characteristics of chlorphylls a and b and their pheophytins in ethanol // Biochem. Biophys. Acta. 1965. V. 109. P. 448-453

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).