УСТОЙЧИВОСТЬ ВИДОВ РОДА Catalpa L. К ВЫСОКИМ И НИЗКИМ ТЕМПЕРАТУРАМ В УСЛОВИЯХ КАРАКАЛПАКСТАНА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются особенности устойчивости интродуцированных древесных растений рода Catalpa L. к экстремальным температурным условиям аридного климата Каракалпакстана. Проведена экспериментальная оценка жаростойкости листьев видов C. bignonioides, C. speciosa и C. ovata с использованием метода термического воздействия и последующей кислотной обработки. Установлено, что исследуемые виды различаются по степени устойчивости к высоким температурам: наиболее устойчивыми оказались C. bignonioides и C. ovata. В то же время все виды проявили высокую морозоустойчивость при отрицательных температурах. Полученные результаты подтверждают перспективность использования представителей рода Catalpa L. в озеленении засушливых регионов.

ABSTRACT

This article examines the resistance of introduced woody plants of the genus Catalpa L. to extreme temperature conditions in the arid climate of Karakalpakstan. An experimental assessment of the heat resistance of leaves of C. bignonioides, C. speciosa, and C. ovata was conducted using thermal exposure and subsequent acid treatment. It was found that the studied species differ in their tolerance to high temperatures: C. bignonioides and C. ovata were the most tolerant. At the same time, all species demonstrated high frost resistance at subzero temperatures. The obtained results confirm the potential of using representatives of the genus Catalpa L. for landscaping arid regions.

Ключевые слова: Catalpa L., температурный стресс, жаростойкость, морозоустойчивость, физиология растений, Каракалпакстан.

Keywords: Catalpa L., temperature stress, heat resistance, frost resistance, plant physiology, Karakalpakstan.

Введение

С момента возникновения жизни на Земле процессы адаптации организмов к изменяющимся условиям среды являются основой их выживания и эволюции. Растения, будучи неподвижными организмами, особенно подвержены воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, что обусловило формирование сложных физиолого-биохимических механизмов устойчивости. Среди таких факторов важнейшее значение имеют температурные условия, водный режим, засоление почв, газовый состав атмосферы и биотические воздействия [1]. Каждый из этих факторов способен изменять интенсивность метаболических процессов, нарушать гомеостаз клеток и приводить к снижению жизнеспособности растений.

Температура является одним из ключевых экологических факторов, определяющих рост, развитие и географическое распространение растений хДля большинства высших растений верхний температурный предел находится в диапазоне 40–50°C, тогда как для сельскохозяйственных культур он несколько ниже — около 39–40°C. Превышение этих значений вызывает глубокие нарушения физиологических процессов, включая инактивацию ферментов, денатурацию белков и нарушение мембранной структуры клеток [3]. Под действием высоких температур происходит усиление катаболических процессов, сопровождающееся распадом белков и накоплением токсичных соединений, в частности аммиака, который оказывает отравляющее воздействие на протоплазму. Одновременно с этим устойчивость растений к высоким температурам определяется их внутренними адаптивными механизмами. У жароустойчивых видов протоплазма характеризуется высокой вязкостью и эластичностью, что обеспечивает сохранение структурной целостности клеток. Белки таких растений обладают повышенной термостабильностью благодаря наличию связанной воды. В процессе дыхания у них синтезируется больше органических кислот, способных связывать аммиак с образованием аминокислот (аспарагина и глутамина), тем самым предотвращая его токсическое действие. Существенную роль играет также содержание РНК, а также способность растений регулировать водный баланс посредством транспирации, что позволяет снижать температуру листьев относительно температуры окружающей среды.

Наряду с высокими температурами, существенное влияние на растения оказывают и низкие температуры. Понижение температуры ниже физиологического минимума приводит к повреждению клеточных структур, нарушению водного обмена и кристаллизации внутриклеточной воды. Поэтому важной характеристикой растений является их морозоустойчивость, определяющая способность переносить отрицательные температуры без значительных повреждений.

В условиях Каракалпакстана, характеризующихся резко континентальным климатом, высокими летними температурами и значительными суточными и сезонными колебаниями температурного режима, изучение устойчивости древесных интродуцентов приобретает особую актуальность [2, 7]. Род Catalpa L. представляет значительный интерес как декоративная и экологически ценная группа растений, используемая в озеленении. Однако данные об их адаптации к экстремальным условиям региона остаются недостаточно изученными. Целью настоящего исследования является комплексная оценка устойчивости видов рода Catalpa L. к высоким и низким температурам в условиях Каракалпакстана.

Материалы и методы

Объектами исследования служили три вида рода Catalpa L.: Catalpa bignonioides, Catalpa speciosa и Catalpa ovata, произрастающие в условиях Южного Приаралья [4, 8]. Для оценки их жаростойкости был использован метод Мацкова, основанный на определении степени повреждения тканей листа при воздействии высоких температур. Эксперимент проводился следующим образом: с каждого вида растения отбирали по десять физиологически зрелых листьев. Листья помещали в водяную баню, нагретую до температуры 40°C, где выдерживали в течение 30 минут. Далее температуру повышали ступенчато с интервалом 5°C (45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 и 80°C), выдерживая листья при каждой температуре с последующей обработкой.

После термического воздействия листья быстро охлаждали в холодной воде в течение 3–7 минут, что позволяло остановить процессы повреждения тканей. Затем их помещали в 0,2 н раствор соляной кислоты (HCl) на 20 минут для выявления степени разрушения хлорофилла. В результате химической реакции происходило побурение тканей, интенсивность которого отражала степень повреждения клеток [3]. Оценка степени повреждения проводилась по 4-балльной шкале: 1 балл соответствовал слабому повреждению (единичные пятна), 2 балла — умеренному, 3 балла — сильному, а 4 балла свидетельствовали о полной гибели ткани. Все полученные данные фиксировались и анализировались. Морозоустойчивость оценивалась методом полевых наблюдений в зимний период, с учётом минимальных температур и визуальной оценки состояния побегов растений [2, 7].

Результаты и обсуждение

Результаты исследования показали, что все изученные виды рода Catalpa L. обладают определённой устойчивостью к высоким температурам, однако степень этой устойчивости существенно различается [4,5,8].

У вида Catalpa bignonioides первые признаки повреждения листьев наблюдались при температуре 45°C в виде слабого побурения. При дальнейшем повышении температуры до 55–60°C отмечалось умеренное повреждение тканей, что свидетельствует о достаточно высокой жаростойкости данного вида. При температурах выше 65°C степень повреждения резко возрастала, а при 70°C и выше происходила полная гибель тканей листа [1, 3].

У вида Catalpa speciosa листья не проявляли признаков повреждения при 40°C, однако уже при 45°C отмечалось появление слабых пятен. При температуре 50–55°C наблюдалось умеренное повреждение, а при дальнейшем повышении температуры происходило быстрое разрушение тканей. Это позволяет сделать вывод о более низкой жаростойкости данного вида по сравнению с другими исследуемыми [2, 7].

Вид Catalpa ovata показал сходные с C. bignonioides результаты. Повреждения начинались при 45°C, а устойчивость сохранялась до 55–60°C. При более высоких температурах происходило значительное ухудшение состояния тканей, что указывает на пределы термоустойчивости [4]. Причиной наблюдаемого побурения листьев является разрушение молекул хлорофилла вследствие замещения иона магния ионами водорода в кислой среде, что является индикатором повреждения клеточных структур [3].

Анализ морозоустойчивости показал, что в период проведения исследований минимальная температура воздуха достигала -9,8°C (январь 2021 года). При этом ни у одного из исследуемых видов не было выявлено признаков повреждения побегов или тканей, что свидетельствует о высокой устойчивости к отрицательным температурам в условиях региона (таб.1).

 Таблица 1

Выносливость видов рода Catalpa L. к высоким температурам

Полученные результаты свидетельствуют о том, что устойчивость видов рода Catalpa L. к температурным стрессам определяется совокупностью физиологических и биохимических механизмов. Более высокая жаростойкость C. bignonioides и C. ovata может быть связана с большей термостабильностью белков, эффективной системой детоксикации продуктов распада и более совершенными механизмами регуляции водного обмена. Относительно низкая устойчивость C. speciosa может указывать на меньшую адаптированность данного вида к условиям аридного климата. Тем не менее его устойчивость остаётся достаточной для использования в озеленении при условии соблюдения агротехнических мероприятий.

Высокая морозоустойчивость всех исследованных видов объясняется умеренным характером зимних температур в регионе, а также, вероятно, наличием адаптивных механизмов, предотвращающих повреждение клеток при охлаждении. В целом результаты согласуются с современными представлениями о физиологии стрессоустойчивости растений и подтверждают важность комплексного подхода к оценке адаптационного потенциала интродуцированных видов [1, 3, 8].

Заключение

Проведённые исследования позволили установить, что виды рода Catalpa L. обладают различной степенью устойчивости к высоким температурам, при этом наиболее устойчивыми являются C. bignonioides и C. ovata, выдерживающие нагрев до 55–60°C. Вид C. speciosa характеризуется несколько меньшей устойчивостью, ограниченной диапазоном 50–55°C. Все исследованные виды продемонстрировали высокую морозоустойчивость при температуре до -9,8°C. Полученные данные свидетельствуют о высокой перспективности использования представителей рода Catalpa L. в озеленении Каракалпакстана и других регионов с аридным климатом.

Список литературы:

1. Ашурметов О.А., Каршибаев Х.К. Семенное размножение бобовых растений в аридной зоне Узбекистана. – Ташкент: Фан, 2002. – 204 с.
2. Бабаджанов Р. Интродукция древесных растений на юге Каракалпакстана: автореф. дис. … канд. биол. наук. – Ташкент, 2010. – 21 с.
3. Деревья и кустарники СССР. – Т. 6. – М.: Высшая школа, 1962. – 127 с.
4. Досжанова Г.Д., Айтбаева Г.К. Некоторые биологические особенности и семенная продуктивность видов Catalpa Scopoli в различных условиях засоления Каракалпакстана // Теория и практика современной науки. – 2018. – № 6 (36). – С. 216–219.
5. Итоги интродукции растений в Каракалпакском ботаническом саду. – Ташкент: Фан, 1970. – 37 с.
6. Отенов Т.О. Ботанический анализ дендрофлоры Каракалпакстана и её эколого-морфологические особенности // Вестник КО АН РУ. – Нукус, 2004. – № 5–6. – С. 10–11.
7. Отенов Т.О. Итоги и перспективы интродукции древесных и травянистых растений в Южном Приаралье // Наука Каракалпакстана: вчера, сегодня, завтра: материалы респ. науч.-практ. конф. – Нукус, 2009. – С. 60–61.
8. Русанов Н.Ф. Род Catalpa Scopoli // Дендрология Узбекистана. – Т. 9. – Ташкент: Фан, 1978. – 204 с.