Афонин А. А. Метамерная изменчивость длины междоузлий Salix triandra (Salicaceae) // Научная жизнь. Т. 15. Вып. 11. С. 1460-1472. DOI: 10.35679/1991-9476-2020-15-11-1461-1473

Афонин Алексей Алексеевич, д-р с.-х. наук, профессор кафедры «Биология», ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет им. акад. И. Г. Петровского»: Россия, 241036, Брянская обл., г. Брянск, Бежицкая ул., 14.

Тел.: (910) 230-69-75,
E-mail: afonin.salix@gmail.com

В статье дана праксеологическая характеристика ивы трехтычинковой (Salix triandra, род Salix, семейство Salicaceae). Объект: инбредная модельная популяция S. triandra. Материал: однолетние побеги, полученные на одних и тех же сеянцах в разные годы из вегетативных почек различной локализации. Методы: сравнительно-морфологический, хронобиологический, онтогенетический, анализ рядов динамики. Цель: описать и проанализировать закономерности онтогенетической изменчивости длины междоузлий на однолетних побегах. Результаты. Общая изменчивость длины междоузлий определяется, прежде всего, их внутрипобеговой изменчивостью. Межгодовые различия по длине междоузлий на побегах двух- и трехлетних сеянцев определяются, прежде всего, различиями в нижней трети побегов. Существенные внутрикронные различия по длине междоузлий на побегах одного года не обнаружены. Установлена периодичность метамерной динамики длины междоузлий. Межгодовая специфика рядов метамерной изменчивости длины междоузлий связана с возрастом корне-комлевых систем. Метамерная изменчивость длины междоузлий с различной надежностью аппроксимируется уравнениями линейной регрессии. Выявлена ритмичность в метамерной изменчивости отклонений длины междоузлий от линейных трендов. Графики рядов отклонений длины междоузлий от линейных трендов представлены двумя вариантами – либо с двумя, либо с тремя пиками, что указывает на дискретность траекторий морфогенеза побегов. Выявленная бивариантность траекторий морфогенеза побегов связана с различным возрастом многолетних корне-комлевых систем. Обсуждение и выводы. Бивариантность морфогенеза побегов прямо не связана с адаптациями к условиям внешней среды и определяется не генетическими различиями, но эпигенетическими механизмами. Гипотеза: наиболее вероятной причиной бивариантности морфогенеза побегов является онтогенетическая гетерогенность вегетативных почек, из которых развиваются эти побеги. Для верификации выдвинутой гипотезы предложен эксперимент по изучению метамерной изменчивости длины междоузлий побегов, полученных из терминальных и аксиллярных почек в одном и том же году.

Список литературы:

1. Skvortsov A. K. Willows of Russia and adjacent countries. Taxonomical and geographical revision. – Joensuu: University of Joensuu, 1999. – 307 p.

2. Епанчинцева О. В., Тишкина Е. А., Мищихина Ю. Д. Динамика прироста ив при использовании различных агротехнических приемов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2020. – № 4 (84). – С. 97-103. DOI: https://doi.org/10.37670/2073-0853-2020-84-4-97-103.
3. Weih M., Glynn C., Baum C. Willow short-rotation coppice as model system for exploring ecological theory on biodiversity–ecosystem function // Diversity. – 2019. – Vol. 11. – P. 125. DOI: https://doi.org/10.3390/d11080125.
4. Fredette C., Labrecque M., Comeau Y., Brisson J. Willows for environmental projects: A literature review of results on evapotranspiration rate and its driving factors across the genus Salix // Journal of Environmental Management. – 2019. – Vol. 246. – P. 526-537. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.06.010.
5. Zhao F., Yang W. Review on application of willows (Salix spp.) in remediation of contaminated environment // Acta Agriculturae Zhejiangensis. – 2017. – Vol. 29 (2). – Р. 300-306. DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-1524.2017.02.17.
6. Rogers E., Zalesny R., Hallett R. [et al]. Relationships among root–shoot ratio, early growth, and health of hybrid poplar and willow clones grown in different landfill soils // Forests. – 2019. – Vol. 10 (1). – Р. 49. DOI: https://doi.org/10.3390/f10010049.
7. Weih M., Nordh N.-E., Manzoni S., Hoeber S. Functional traits of individual varieties as determinants of growth and nitrogen use patterns in mixed stands of willow (Salix spp.) // Forest Ecology and Management. – 2021. – Vol. 479. – P. 118605. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foreco.2020.118605.
8. Cunniff J., Purdy S. J., Barraclough T. J. P. [et al]. High yielding biomass genotypes of willow (Salix spp.) show differences in below ground biomass allocation // Biomass and Bioenergy. – 2015. – Vol. 80. – P. 114-127. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2015.04.020.
9. Sitzia T., Barcaccia G., Lucchin M. Genetic diversity and stand structure of neighboring white willow (Salix alba L.) populations along fragmented riparian corridors: A case study // Silvae Genetica. – 2018. – Vol. 67 (1). – Р. 79-88. DOI: https://doi.org/10.2478/sg-2018-0011.
10. Degirmenci F. O., Acar P., Kaya Z. Consequences of habitat fragmentation on genetic diversity and structure of Salix alba L. populations in two major river systems of Turkey // Tree Genetics and Genomes. – 2019. – Vol. 15. – P. 59. DOI: https://doi.org/10.1007/s11295-019-1365-2.
11. McIvor I., Desrochers V. Tree willow root growth in sediments varying in texture // Forests. – 2019. – Vol. 10. – P. 517. DOI: https://doi.org/10.3390/f10060517
12. Tumminello G., Volk T. A., McArt S. H., Fierke M. K. Maximizing pollinator diversity in willow biomass plantings: A comparison between willow sexes and among pedigrees // Biomass and Bioenergy. – 2018. – Vol. 117. – P. 124-130. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2018.07.013.
13. Gligorić E., Igić R., Suvajdžić L., Grujić-Letić N. Species of the genus Salix L.: biochemical screening and molecular docking approach to potential acetylcholinesterase inhibitors // Applied Sciences. – 2019. – Vol. 9 (9). – P. 1842. DOI: https://doi.org/10.3390/app9091842.
14. Fabio E. S., Kemanian A. R., Montes F. [et al]. A mixed model approach for evaluating yield improvements in interspecific hybrids of shrub willow, a dedicated bioenergy crop // Industrial Crops and Products. – 2017. – Vol. 96. – P. 57-70. DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.11.019.
15. Stolarski M. J., Niksa D., Krzyżaniak M. [et al]. Willow productivity from small- and large-scale experimental plantations in Poland from 2000 to 2017 // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2019. – Vol. 101. – P. 461-475. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.11.034
16. Welc M., Lundkvist A., Verwijst T. Effects of cutting phenology (non-dormant versus dormant) on early growth performance of three willow clones grown under different weed treatments and planting dates // BioEnergy Research. – 2017. – Vol. 10. – P. 1094-1104. DOI: https://doi.org/10.1007/s12155-017-9871-2.
17. Керн Э. Э. Ива, ее значение, разведение и употребление / 4-е изд., вновь перераб. – Петроград : Тип. Мин-ва Путей Сообщения (Тов-ва И. Н. Кушнерев и К°), 1915. – 134 с.
18. Wu D., Wang Y., Zhang L. [et al]. The complete chloroplast genome and phylogenetic analysis of Salix triandra from China // Mitochondrial DNA Part B. – 2019. – Vol. 4 (2). – P. 3571-3572. DOI: https://doi.org/10.1080/23802359.2019.1674743.
19. Li W., Wu H., Li X. [et al]. Fine mapping of the sex locus in Salix triandra confirms a consistent sex determination mechanism in genus Salix // Horticulture Research. – 2020. – Vol. 7. – P. 64. DOI: https://doi.org/10.1038/s41438-020-0289-1.
20. Szczukowski S., Stolarski M., Tworkowski J. [et al]. Productivity of willow coppice plants grown in short rotations // Plant Soil Environ. – 2005. – Vol. 51 (9). – P. 423-430.
21. Санникова Е. Г., Компанцева Е. В., Попова О. И., Айрапетова А. Ю. Определение пигментов в сырье ивы трехтычинковой (Salix triandra L.) методами тонкослойной хроматографии и спектрофотометрии // Химия растительного сырья. – 2019. – № 2. – С. 119-127. DOI: https://doi.org/10.14258/jcprm.2019024077.
22. Sannikova E. G., Popova O. I., Kompantseva E. V. Willow triandra (Salix triandra L.): prospects and opportunities for use in medicine and pharmacy // Pharmacy and Pharmacology. – 2018. – Vol. 6 (4). – P. 318-339. (in Russian) DOI: https://doi.org/10.19163/2307-9266-2018-6-4-318-339.
23. Da Cunha A. C. B., Sabedot S., Sampaio C. H. [et al]. Salix rubens and Salix triandra Species as Phytoremediators of Soil Contaminated with Petroleum-Derived Hydrocarbons // Water, Air & Soil Pollution. – 2012. – Vol. 223. – P. 4723-4731. DOI: https://doi.org/10.1007/s11270-012-1228-z.
24. Rather T. A., Qaisar K. N., Raja T. A., Khan M. A. Growth and productivity of wicker willow (Salix triandra L.) plantation in Kashmir // Journal of Research & Development. – 2009. – Vol. 9. – P. 30-44.
25. Kuzovkina Y. A. Compilation of the checklist for cultivars of Salix L. (Willow) // HortScience. – 2015. – Vol. 50 (11). – P. 1608-1609. DOI: https://doi.org/10.21273/HORTSCI.50.11.1608.
26. Афонин А. А. Структурный анализ ритмов развития однолетних побегов ивы трехтычинковой // Бюллетень науки и практики. – 2019. – Т. 5, № 1. – С. 22-32. DOI: http://doi.org/10.5281/zenodo.2539541.
27. Кренке Н. П. Теория циклического старения и омоложения растений и практическое её применение. – М. : Огиз–Сельхозгиз, 1940. – 135 с.
28. Афонин А. А., Самошкин Е. Н. Метамерная изменчивость листьев ивы трехтычинковой // Лесоведение. – 2006. – № 2. – С. 5-10.
29. Афонин А. А. Амплитудно-частотный анализ динамики нарастания однолетних побегов ивы шерстистопобеговой // Научная жизнь. – 2018. – № 9. – С. 93-101.
30. Лакин Г. Ф. Биометрия. – М. : Высшая школа, 1990. – 352 с.
31. Жукова Л. А., Комаров А. С. Поливариантность онтогенеза и динамика ценопопуляций растений // Журнал общей биологии. – 1990. – Т. 51, № 4. – С. 450-461.
32. Озернюк Н. Д. Разнообразие онтогенезов: иерархия механизмов // Онтогенез. – 2010. – Т. 41, № 5. – С. 323-324.
33. Комаров А. С., Зубкова Е. В., Фролов В. П. Клеточно-автоматная модель динамики популяций и сообществ кустарничков // Сибирский лесной журнал. – 2015. – № 3. – С. 57-69. DOI: http://doi.org/10.15372/SJFS20150306.
34. Ежов С. Н. Основные концепции биоритмологии // Вестник ТГЭУ. – 2008. – № 2. – С. 104-121.
35. Клименко З. К., Зыкова В. К. Биологические особенности культивирования садовых роз для вертикального озеленения на Южном берегу Крыма // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. – 2018. – № 126. – С. 31-36.

METAMERIC VARIABILITY OF SALIX TRIANDRA (SALICACEAE) INTERPODE LENGTH

Afonin Alexey Alekseevich, Dr. of Agr. Sci., Ass. Prof., Depart. of Biology, Bryansk State University named after Academician I. G. Petrovsky, Bryans, Russia.

Keywords: three-stalked willow, Salix triandra, plant resources, annual shoots, internode length, ontogenetic variability, metameric variability, age-related variability, polyvariety of ontogeny, discreteness of ontogeny, nonlinear dynamics..

Abstract. The article presents the praxeological characteristics of the three-stalked willow (Salix triandra, genus Salix, family Salicaceae). Object: inbred model population of S. triandra. Material: annual shoots obtained on the same seedlings in different years from vegetative buds of different localization. Methods: comparative morphological, chronobiological, ontogenetic, analysis of the series of dynamics. Purpose: to describe and analyze the patterns of ontogenetic variability of the length of internodes on annual shoots. Results. The general variability of the length of internodes is determined, first of all, by their intra-shoot variability. Interannual differences in the length of internodes on shoots of two- and three-year-old seedlings are determined, first of all, by differences in the lower third of the shoots. No significant intracrown differences in the length of internodes were found on shoots of one year. The periodicity of the metameric dynamics of the length of internodes has been established. The interannual specificity of the series of metameric variability of the length of internodes is associated with the age of root-butt systems. The metameric variability of the length of internodes with different reliability is approximated by linear regression equations. Rhythm in metameric variability of deviations of internode length from linear trends was revealed. The graphs of the series of deviations in the length of internodes from linear trends are presented in two versions - either with two or with three peaks, which indicates the discreteness of the trajectories of shoot morphogenesis. The revealed bivariance of the trajectories of shoot morphogenesis is associated with different ages of perennial root-butt systems. Discussion and conclusions. The bivariance of shoot morphogenesis is not directly related to adaptations to environmental conditions and is determined not by genetic differences, but by epigenetic mechanisms. Hypothesis: the most probable reason for the bivariate morphogenesis of shoots is the ontogenetic heterogeneity of vegetative buds from which these shoots develop. To verify the hypothesis put forward, an experiment was proposed to study the metameric variability of the length of internodes of shoots obtained from terminal and axillary buds in the same year.