ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2020, № 3, С. 195–204


ВЛИЯНИЕ КОНТРОЛИРУЕМОГО ВЫЖИГАНИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ СТРЕССОВЫХ БЕЛКОВ В ХВОЕ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ КРАСНОЯРСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ
И. Г. Гетте1, Н. Е. Коротаева2, И. В. Косов3, Н. В. Пахарькова1, Г. Б. Боровский2
1 Сибирский федеральный университет
Россия, 660041 Красноярск, просп. Свободный, 79
2 Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН
Россия, 664033 Иркутск, ул. Лермонтова, 132
E-mail: knev73@yandex.ru
3 Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН
Россия, 660036 Красноярск, ул. Академгородок, 50/28


Поступила в редакцию: 28.04.2018 г.
Для сопоставления величины накопления белков теплового шока HSP (Heat Shock Proteins) с интенсивностью и длительностью температурного воздействия исследовано влияние экспериментального контролируемого выжигания, имитирующего низовой пожар слабой силы (с регистрацией продолжительности и температуры огневого воздействия), на содержание HSP в хвое сосны обыкновенной (Pinus sуlvestris L.) в насаждениях I класса возраста в лесостепной зоне Южной Сибири, как сразу после него, так и в краткосрочный послепожарный период (2 и 5 суток). Установлено, что в момент контролируемого выжигания в течение 5.5-11.8 мин. на крону оказывали влияние температуры в диапазоне от 48 до 76°С. Через 30 мин. после высокотемпературного воздействия содержание HSP в хвое значимо не отличалось от контрольного уровня. Наиболее высокое содержание HSP 101 и HSP 17.6, было отмечено через 2 суток после горения. На 5-е сутки содержание HSP 17.6 вернулось к первоначальному уровню, содержание HSP 101 несколько снизилось по сравнению со значениями на 2-е сутки. Полученные данные позволяют предположить, что в послепожарный период в клетках хвои происходит синтез специфических HSP, возможно, обусловленный их участием в восстановлении поврежденных огневым воздействием тканей.
Ключевые слова: контролируемое выжигание, белки теплового шока, сосна обыкновенная, тепловой стресс.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (17-34-50051).
DOI: 10.31857/S0024114820030043


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



  • Алексеев В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение. 1989. № 4. С. 51–57.

  • Богатырев Л.Г. О классификации лесных подстилок // Почвоведение. 1990. № 3. С. 118–127.

  • Бузыкин А. И., Попова Ф. П., Пшеничникова Л. С. Продуктивность сосновых лесов. М.: Наука, 1978. 230 c.

  • Валендик Э.Н. Ветер и лесной пожар. М.: Наука, 1968. 118 с.

  • Валендик Э.Н., Косов И.В. Влияние теплового излучения лесного пожара на окружающую среду // Сибирский экологический журнал. 2008. № 4. С. 517–523.

  • Валиуллина Р.Н., Рябовол В.В., Хохлова Л.П. Изменение экспрессии генов белков теплового шока в связи с разной устойчивостью растений к повышенной температуре // Доклады академии наук. 2008. Т. 422. № 6. С. 845–847.

  • Верховец С.В. Влияние контролируемых выжиганий на пожароопасность и лесовосстановление на сплошных вырубках: Дисс. ... канд. с-х. наук (спец. 06.03.03). Красноярск: Сибирский гос. техн. университе, 2000. 200 с.

  • Горшков В.В., Ставрова Н.И., Тарасова В.Н. Повреждение деревьев сосны обыкновенной и древесного яруса сосновых лесов европейского севера в результате пожаров // Лесоведение. 2004. № 5. С. 10–19.

  • Дымов А.А., Дубровский Ю.А., Габов Д.Н., Жангуров Е.В., Низовцев Н.А. Влияние пожара в северотаежном ельнике на органическое вещество почвы // Лесоведение. 2015. № 1.С. 52–62.

  • Загирова С.В. Структура ассимиляционного аппарата и СО2-газообмен у хвойных. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1999. 108 с.

  • Иванова Г.А., Конард С.Г., Макрае Д.Д. Воздействие пожаров на компоненты экосистемы среднетаежных сосняков Сибири. Новосибирск: Наука, 2014. 232 с.

  • Иванова Г.А., Иванов В.А., Ковалева Н.М., Конард С., Жила С.В., Тарасов П.А. Сукцессия растительности после высокоинтенсивного пожара в сосняке лишайниковом // Сибирский экологический журнал. 2017. Т. 24. № 1. С. 61–71.

  • Коротаева Н.Е., Гетте И.Г., Косов И.В., Пахарькова Н.В., Боровский Г.Б. Белки теплового шока и фотосинтетическая активность хвои сосны обыкновенной в постпирогенный период // Вестник КрасГАУ. 2017. № 10. С. 79–87. 

  • Креславский В.Д., Карпентиер Р., Климов В.В., Мурата Н., Аллахвердиев С.И. Молекулярные механизмы устойчивости фотосинтетического аппарата к стрессу // Биологические мембраны. 2007. Т. 24. № 3. С. 195–217.

  • Кулаева О.Н. Белки теплового шока и устойчивость растений к стрессу // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 2. С. 5–13.

  • Курбатский Н.П. Техника и тактика тушения лесных пожаров. М.: Гослесбумиздадт, 1962. 154 с.

  • Курбатский Н.П. Исследование количества и свойств лесных горючих материалов // Вопросы лесной пирологии: Сб. статей, Красноярск, 1970. С. 5–58.

  • Масягина О.В., Прокушкин С.Г., Иванова Г.А. Влияние пожаров на интенсивность дыхания ствола сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) // Хвойные бореальной зоны. 2007. Т. 24. № 1. С. 82–91.

  • Побединский А.В. Изучение лесовосстановительных процессов. М.: Наука, 1966. 60 с.

  • Суворова Г.Г.  Фотосинтез хвойных деревьев в условиях Сибири. Новосибирск: ГЕО, 2009. 195 с.

  • Судачкова Н.Е., Милютина И.Л., Романова Л.И., Косов И.В., Собачкин Д.С. Воздействие низовых пожаров на жизнеспособность и антиоксидантную защиту молодняков сосны обыкновенной в красноярской лесостепи // Лесоведение. 2015. № 2. С. 16–25.

  • Судачкова Н.Е., Романова Л.И., Астраханцева Н.В., Новоселова М.В., Косов И.В. Стрессовые реакции деревьев сосны обыкновенной наповреждение низовым пожаром // Сибирский экологический журнал. 2016. № 5. С. 739–749.

  • Сукачев В.Н. Руководство к исследованию типов леса // Избранные труды. 1972. Т. 1. С. 15–141.

  • Фуряев В.В., Фуряев Е.А. Пироэкологические свойства сосны обыкновенной в Средней Сибири // Хвойные бореальной зоны. 2008. № 1-2. С. 103–108.

  • Цветков П.А., Буряк Л.В. Исследование природы пожаров в лесах Сибири // Сибирский лесной журнал. 2014. № 3. С. 25–42.

  • Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г. Климатические изменения и лесные пожары в России // Лесоведение. 2013. № 5. С. 50–61.

  • Adams A.S., Rieske L.K. Prescribed fire affects white oak seedling phytochemistry: implications for insect herbivory// Forest Ecology &Management. 2003. V. 176. No 1–3. P. 37–47.

  • Al-Whaibi M.H. Plant heat-shock proteins: A mini review // Journal of King Saud University – Science. 2011. V. 23. P. 139–150.

  • Carlo N.J., Renninger H.J., Clark K.L., Schäfer K.V. Impacts of prescribed fire on Pinus rigida Mill. in upland forests of the Atlantic Coastal Plain // Tree Physiology. 2016. V. 36. Р. 967–982.

  • Downs C.A., Heckathorn S.A., Bryan J.K., Coleman J.S.  The methionine-rich low-molecular-weight chloroplast heat-shock protein: evolutionary conservation and accumulation in relation to thermotolerance // American Journal of Botany. 1998. V. 85. P. 175–183.

  • Fleck I., Grau M.D., Sanjose D. Vidal Influence of fire and tree-fell on physiological parameters in Quercus ilex resprout // Annals of Forest Science. 1996. V. 53. No 2-3. Р. 337–348.

  • Heckathorn S.A., Downs C.A., Sharkey T.D., Coleman J.S. The small, methioninerich chloroplast heat-shock protein protects photosystem II electron transport during heat stress // Plant Physiology. 1998. V. 116. P. 439–444.

  • Korotaeva N.E., Oskorbina M.V., Kopytova L.D., Suvorova G.G., Borovskii G.B., Voinikov V.K. Variations in the content of stress proteins in the needles of common pine (Pinus sylvestris L.) within an annual cycle // Journal of Forest Research. 2012. V. 17. No 1. Р. 89–97.

  • Kukavskaya E.A., Ivanova G.A., Conard S.G., McRae D.J., Ivanov V.A. Biomass dynamics of central Siberian Scots pine forests following surface fires of varying severity // International Journal of Wildland Fire. 2014. V. 23. No 6. P. 872–876.

  • Lee G.J., Vierling E. A small heat shock protein cooperates with heat shock protein 70 systems to reactivate a heat-denatured protein // Plant Physiology. 2000. V. 122. P. 189–197.

  • McRae D.J., Alexander M.E., Stocks B.J. Measurement and description of fuels and fire behavior on prescribed burns. Ontario: Canadian Forest Service Publications, 1979. 44 p.

  • Mogk A., Schlieker C., Friedrich K.L., Schonfeld H.J., Vierling E., Bukau B. Refolding of substrates bound to small HSPs relies on a disaggregation reaction mediated most efficiently by ClpB/DnaK // The Journal of Biological Chemistry. 2003. V. 278. P. 31033–31042.

  • Neta-Sharir I., Isaacson T., Lurie S., Weissa D. Dual role for tomato heat shock protein 21: protecting photosystem II from oxidative stress and promoting color changes during fruit maturation // Plant Cell. 2005. V. 17. P. 1829–1838.

  • Queitsch C., Hong S.W., Vierling E., Lindquist S. Heat shock protein 101 plays a crucial role in thermotolerance in Arabidopsis // Plant Cell. 2000. V. 12 (4).  P. 479–492.

  • Renninger H.J., Clark K.L., Skowronski N., Schäfer K.V.R. Effects of a prescribed fire on water use and photosynthetic capacity of pitch pines // Trees. 2013. No 27. Р. 1115–1127.

  • Rieske L.K. Wildfire alters oak growth, foliar chemistry, and herbivory // Forest Ecology & Management. 2002. V. 168. No 1-3. P. 91–99.

  • Smŷkal P., Malin J., Hrdy I., Konopasek I., Zarsky V. Chaperone activity of tobacco HSP18, a small heat-shock protein, is inhibited by ATP // Plant Journal. 2000. V. 23. P. 703–713.

  • Timperio A.M., Egidi M.G., Zolla L. Proteomics applied on plant abiotic stresses: role of heat shock proteins (HSP) // Journal of Proteomics. 2008. No 71. Р. 391–411.

  • Varner J.M., Putz F.E., O’Brien J J., Hiers J.K., Mitchell R.J., Gordon D.R. Post-fire tree stress and growth following smoldering duff fires // Forest Ecology & Management. 2009. No 258. Р. 2467–2474.

  • Wang W., Vinocur B., Shoseyov O., Altman A. Role of plant heat-shock proteins and molecular chaperones in the abiotic stress response // Trends in Plant Science. 2004. V. 9 (5). P. 244–252.

  • Xu Y., Zhan C., Huang B. Heat Shock Proteins in Association with Heat Tolerance in Grasses // International Journal of Proteomics. 2011. V. 2011. P. 1–11.