Аннотация. Цель – выявить инфрадианные ритмы в сезонных динамиках апикального роста побегов растений ивы пузырчатой (Salix ‘Bullata’) и установить особенности морфогенеза, связанные с существованием эндогенных (генетических и гормональных) механизмов возникновения нелинейных изменений, включая колебания, ростовых характеристик побегов. Методы. Использовали количественный подход к изучению динамики процессов морфогенеза. Проведено сравнительное изучение сезонных динамик скоростей и ускорений апикального и радиального роста побегов, отличающихся по происхождению и расположению в растении. Результаты. В сезонной динамике характеристик апикального роста побегов ветвления и формирования растений ивы пузырчатой существуют инфрадианные ритмы, аналогичные наблюдавшимся у других видов ив. Они наиболее явно выражены у ускорений роста (до 5 колебаний за 3,5 месяца). Сезонные динамики ускорений апикального роста двух типов побегов коррелируют и почти синхронны. Сезонные динамики скоростей и ускорений радиального роста у изученных типов побегов аналогичны и отличаются от сезонных динамик апикального роста. Слабая зависимость ростовых характеристик от погодных условий подтверждает представления об эндогенной природе периодичности роста побегов растений. Научная новизна. Результаты дополняют существующие сведения о биологических ритмах и процессах морфогенеза древесных растений. Рост побегов ив и, возможно, других видов древесных растений имеет колебательный характер. Сезонные динамики апикального и радиального роста различны. Возникновение колебаний апикального роста побега обусловлено преимущественно процессами развития непосредственно апикальной меристемы. По-видимому, колебательный характер роста побегов является результатом наложения в тканях меристем процессов разной природы, включая деление, растяжение и дифференцировку клеток, а также выработку и распространение выполняющих регуляторную функцию фитогормонов. Результаты могут быть использованы при разработке и применении технологических приемов ухода за древесными растениями, включая прививки, обрезку и омоложение кустов и деревьев, а также методов вегетативного размножения.
морфогенез растений, рост побегов, сезонная динамика, биологические ритмы, колебательные процессы, Salix ‘Bullata’
1. Heywood V. H., Brummitt R. K., Culham A., Seberg O. Flowering plant families of the World. London: Kew Publications, 2007. 424 p.
2. Argus G. W., Eckenwalder J. E., Kiger R. W. Salicaceae // In: Flora of North America / Edited by Editorial Committee. New York: Oxford University Press, 2010. Pp. 3-164.
3. Belyaeva I. V., Govaerts R. H. A. Genera Populus L. and Salix L. [e-resource] // In: The World Checklist of Vascular Plants (WCVP) / R. H. A. Govaerts (Ed.). 2022. URL: https://wcvp.science.kew.org (date of reference: 10.05.2023)
4. Belyaeva I. V. Challenges in identification and naming: Salicaceae sensu strict // Skvortsovia. 2020. Vol. 5 (3). Pp. 83-104.
5. Kuzovkina Y. A. Checklist for Cultivars of Salix L. (willow) [e-resource] // International Salix. Cultivar Registration Authority. FAO - International Poplar Commission. 2015. URL: http://www.fao.org/forestry/44058-0370ab0c9786d954da03a15a8dd4721ed.pdf (date of reference: 10.05.2023).
6. Серебряков И. Г. Экологическая морфология растений. Москва: Высшая школа, 1962. 378 с.
7. Серебряков И. Г. Соотношение внутренних и внешних факторов в годичном ритме развития растений // Ботанический журнал. 1966. Т. 41. № 7. С. 923-928.
8. Сабинин Д. А. Физиология развития растений. Москва: Изд-во АН СССР, 1963. 196 с.
9. Barthelemy D., Caraglio Y. Plant architecture: a dynamic, multilevel and comprehensive approach to plant form, structure and ontogeny // Annals of Botany. 2007. Vol. 99 (3). Pp. 375-407. DOI:https://doi.org/10.1093/aob/mcl260.
10. Михалевская О. Б. Ритмы роста на разных этапах морфогенеза побега у древесных растений // Онтогенез. 2008. Т. 39. № 2. С. 85-93.
11. Михалевская О. Б. Морфогенез побегов древесных растений. Этапы морфогенеза и их регуляция. Москва: Изд-во МПГУ, 2002. 66 с.
12. Luttge U., Hertel B. Diurnal and annual rhythms in trees // Trees. 2009. Vol. 23 (4). Pp. 683-700. DOI:https://doi.org/10.1007/s00468-009-0324-1.
13. Murray J. A. H., Jones A., Godin Ch., Traasc J. Systems analysis of shoot apical meristem growth and development: integrating hormonal and mechanical signaling // The Plant Cell. 2012. Vol. 24 (10). Pp. 3907-3919. DOI:https://doi.org/10.1105/tpc.112.102194.
14. Herrmann S., Recht S., Boenn M., Feldhahn L., Angay O., Fleischmann F., Tarkka M. T., Grams T. E. E., Buscot F. Endogenous rhythmic growth in oak trees is regulated by internal clocks rather than resource availability // Journal of Experimental Botany. 2015. Vol. 66. No. 22. Pp. 7113-7127. DOI:https://doi.org/10.1093/jxb/erv408.
15. Singh R. K., Svystun T., Dahmash B., Jonsson A. M., Bhalerao R. P. Photoperiod- and temperature-mediated control of phenology in trees - a molecular perspective // New Phytologist. 2017. Vol. 213 (2). Pp. 511-524. DOI:https://doi.org/10.1111/nph.14346.
16. Mahmud K. P., Holzapfel B. P., Guisard Y., Smith J. P., Nielsen Sh., Rogiers S. Y. Circadian regulation of grapevine root and shoot growth and their modulation by photoperiod and temperature // Journal of Plant Physiology. 2018. Vol. 222. Pp. 86-93. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jplph.2018.01.006.
17. Miskolczi P., Singh R. K., Tylewicz S., Azeez A., Maurya J. P., Tarkowska D., Novak O., Jonsson K., Bhalerao R. P. Long-range mobile signals mediate seasonal control of shoot growth // PNAS. 2019. Vol. 116 (22). Pp. 10852-10857. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1902199116.
18. Singh R. K., Bhalerao R. P., Eriksson M. E. Growing in time: exploring the molecular mechanisms of tree growth // Tree Physiology. 2020. Vol. 41 (4). Pp. 657-678. DOI:https://doi.org/10.1093/treephys/tpaa065.
19. Xue Z., Liu L., Zhang C. Regulation of shoot apical meristem and axillary meristem development in plants // International Journal of Molecular Sciences. 2020. Vol. 21 (8). Article number 2917. DOI:https://doi.org/10.3390/ijms21082917.
20. Shi B., Vernoux T. Hormonal control of cell identity and growth in the shoot apical meristem // Current Opinion in Plant Biology. 2022. Vol. 65. Article number 102111. DOI:https://doi.org/10.1016/j.pbi.2021.102111.
21. Willaume M., Pages L. Correlated responses of root growth and sugar concentrations to various defoliation treatments and rhythmic shoot growth in oak tree seedlings (Quercus pubescens) // Annals of Botany. 2011. Vol. 107 (4). Pp. 653-662. DOI:https://doi.org/10.1093/aob/mcq270.
22. Liu Y., von Wirén N. Integration of nutrient and water availabilities via auxin into the root developmental program // Current Opinion in Plant Biology. 2022. Vol. 65. Article number 102117. DOI:https://doi.org/10.1016/j.pbi.2021.102117.
23. Torres-Martínez H. H., Napsucialy-Mendivil S., Dubrovsky J. G. Cellular and molecular bases of lateral root initiation and morphogenesis // Current Opinion in Plant Biology. 2022. Vol. 65. Article number 102115. DOI:https://doi.org/10.1016/j.pbi.2021.102115.
24. Costes E., Garcia-Villanueva E., Jourdan C., Regnard J. L., Guedon Y. Co-ordinated growth between aerial and root systems in young apple plants issued from in vitro culture // Annals of Botany. 2006. Vol. 97 (1). Pp. 85-96. DOI:https://doi.org/10.1093/aob/mcj003.
25. Steeves T. A., Sussex I. M. Patterns in plant development. Cambridge: Cambridge University Press, 1989. 375 p.
26. Лутова Л. А., Ежова Т. А., Додуева И. Е., Осипова М. А. Генетика развития растений: для биологических специальностей университетов. Изд. 2-е, перераб. и доп. Санкт-Петербург: Изд-во Н-Л, 2010. 432 с.
27. Творогова В. Е., Осипова М. А., Додуева И. Е., Лутова Л. А. Взаимодействие транскрипционных факторов и фитогормонов в регуляции активности меристем у растений // Экологическая генетика. 2012. T. 10. № 3. С. 28-40.
28. Puig J., Pauluzzi G., Guiderdoni E., Gantet P. Regulation of shoot and root development through mutual signaling // Molecular Plant. 2012. Vol. 5 (5). Pp. 974-983. DOI:https://doi.org/10.1093/mp/sss047.
29. Sassi M., Vernoux T. Auxin and self-organization at the shoot apical meristem // Journal of Experimental Botany. 2013. Vol. 64 (9). Pp. 2579-2592. DOI:https://doi.org/10.1093/jxb/ert101.
30. Кулуев Б. Р., Сафиуллина М. Г. Регуляция роста клеток растяжением в растениях // Успехи современной биологии. 2015. Т. 135. № 2. С. 148-163.
31. Кулуев Б. Р. Регуляторы деления и пролиферации клеток в растениях // Биомика. 2017. Т. 9. № 2. С. 119-135.
32. Liu J., Ni B., Zeng Y., He C., Zhang J. Transcriptomic analysis reveals hormonal control of shoot branching in Salix matsudana // Forests. 2020. Vol. 11 (3). Article number 287. DOI:https://doi.org/10.3390/f11030287.
33. Афонин А. А., Зайцев С. А. Цикличность среднесуточного радиального прироста несущих побегов ивы белой (Salix alba L.) в условиях Брянского лесного массива // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2016. № 3. С. 66-76. DOI:https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2016.3.66.
34. Афонин А. А. Сезонная динамика нарастания побегов ивы корзиночной (Salix viminalis) // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2019. № 4 (28). С. 26-34. DOI:https://doi.org/10.21685/2307-9150-2019-4-3.
35. Афонин А. А. Ритмичность линейного прироста однолетних побегов ивы трехтычинковой // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2019. № 1. С. 10-16.
36. Афонин А. А. Эпигенетическая изменчивость структуры сезонной динамики развития побегов ивы трехтычинковой (Salix triandra, Salicaceae) // Вестник Оренбургского государственного педагогического университета. 2021. № 2 (38). DOI:https://doi.org/10.32516/2303-9922.2021.38.1.
37. Афонин А. А. Инфрадианные ритмы динамики нарастания побегов в клонах ивы трехтычинковой (Salix triandra) // Аграрный вестник Урала. 2021. № 02 (205). С. 2-11. DOI:https://doi.org/10.32417/1997-4868-2021-205-02-2-11.
38. Мазуренко М. Т., Хохряков А. П. Структура и морфогенез кустарников. Москва: Наука, 1977. 160 с.
39. Медведев С. С., Шарова Е. И. Биология развития растений: учебник. Т. 2. Рост и морфогенез. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. гос. ун-та, 2014. 235 с.
40. Шабуров В. И. Шаровидная разновидность ивы ломкой - перспективный интродуцент в условиях Среднего Урала // Успехи интродукции растений на Урале и в Поволжье: сборник научных трудов Уральского научного центра АН СССР. Свердловск, 1977. С. 61-66.
41. Булыгина О. Н., Разуваев В. Н., Александрова Т. М. «Описание массива данных суточной температуры воздуха и количества осадков на метеорологических станциях России и бывшего СССР (TTTR)» [Электронный ресурс]. 2020. URL: http://meteo.ru/data/162-temperature-precipitation#описание-массива-данных (дата обращения: 10.05.2023).
42. Ботаника: учебник для вузов: в 4 т. / П. Зитте, Э. В. Вайлер, Й. В. Кадерайт, А. Брезински, К. Кернер; на основе учебника Э. Страсбургера [и др.] ; пер. с нем. О. В. Артемьевой, Т. А. Власовой, И. Г. Карнаухова, Н. Б. Колесовой, М. Ю. Чередниченко. Т. 2. Физиология растений / Под ред. В. В. Чуба. Москва: Издательский центр «Академия», 2008. 496 с.
43. Yvonne St., Rüdiger S. Plant stem cell niches // International Journal of Developmental Biology. 2005. Vol. 49 (5-6). Pp. 479-489. DOI:https://doi.org/10.1387/ijdb.041929ys.
44. Liu C. M., Hu Y. Plant stem cells and their regulations in shoot apical meristems // Frontiers of Biology. 2010. Vol. 5 (5). Pp. 417-423. https://doi.org/DOI:https://doi.org/10.1007/s11515-010-0880-1.
45. Burian A., de Reuille P. B., Kuhlemeier C. Patterns of stem cell divisions contribute to plant longevity // Current Biology. 2016. Vol. 26 (11). Pp. 1385-1394. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.03.067.
46. Fiorani F., Beemster G. T. Quantitative analyses of cell division in plants // Plant Molecular Biology. 2006. Vol. 60 (6). Pp. 963-979. DOI:https://doi.org/10.1007/s11103-005-4065-2.
47. Geier F., Lohmann J. U., Gerstung M., Maier A. T., Timmer J., Fleck Ch. A quantitative and dynamic model for plant stem cell regulation // PLOS ONE. 2008. Vol. 3 (10). Article number e3553. DOI:https://doi.org/10.1371/journal.pone.0003553
48. Adibi M., Yoshida S., Weijers D., Fleck C. Centering the organizing center in the Arabidopsis thaliana shoot apical meristem by a combination of cytokinin signaling and self-organization // PLOS ONE. 2016. Vol. 11 (2). Article number e0147830. DOI:https://doi.org/10.1371/journal.pone.0147830.
49. Prusicki M. A., Keizer E. M., van Rosmalen R. P., Komaki Sh., Seifert F., Müller K., Wijnker E., Fleck Ch., Schnittger A. Live cell imaging of meiosis in Arabidopsis thaliana // eLife. 2019. Vol. 8. Article number e42834. DOI:https://doi.org/10.7554/eLife.42834.
