Статьи – Labile nitrogen availability in soil influences the expression of wood pattern in karelian birch

Labile nitrogen availability in soil influences the expression of wood pattern in karelian birch

Ботанический журнал №10 / 2019 г. – С. 1598-1609

DOI: 10.1134/S0006813619100053
База данных цитирования: Scopus

Рубрика: Сообщения

Авторы: Галибина Н. А., Новицкая Л. Л., Никерова К. М., Мошкина Е. В., Мощенская Ю. Л., Бородина М. Н., Софронова И. Н., Николаева Н. Н.

Аннотация:
We investigated the effect of soil fertility (especially nitrogen level) on the expression of patterned wood in Karelian birch (Betula pendula var. carelica). We carried out soil analysis in the middle taiga subzone of Karelia in the Kondopoga, Pryazha and Medvezhiegorsk Districts, where Karelian birch trees with varying wood figure intensities were growing. The cambial zone of the sample trees was studied for the activity of nitrate reductase (NR) – a key enzyme for the assimilation of nitrates, and for sucrose synthase (SUS) and apoplastic invertase (ApInv) activities. It was found that the formation of patterned wood is promoted by a reduction in SUS activity (decrease in the amount of xylem vessels and fibrous elements) and an increase in the activity of ApInv (increase in the amount of parenchyma) in the area of xylem growth and development. Normal level of nitrogen availability (~80–
100 kg/ha) provides for normal plant growth, and high SUS and ApInv activities in the xylem, and ApInv activity in the phloem. Some reduction in soil fertility (nitrogen within ~70 kg/ha) leads to a decrease in SUS activity together with a rise in ApInv activity and an increase in the amount of dark-colored inclusions in the wood. Simultaneous reduction of the nitrogen level and increase of the phosphorus content causes an increased assimilation of nitrates in trunk tissues and elevated NR. This ratio of nitrogen and phosphorus results in an escalation of competition for photoassimilates between the process of patterned wood formation
(sucrose metabolized via the apoplastic pathway) and plant growth (sucrose utilized in the xylem for cell wall formation). This study has shown that the availability of nitrogen and its ratio to the phosphorus level in the soil influence the expression of figure in the wood in Karelian birch, as indicated by variations in the activity of enzymes. An increased supply of nitrate nitrogen to a plant entails a rise in NR activity, which negatively affects the formation of patterned wood.

Ключевые слова: Betula pendula var. carelica, soil fertility, sucrose synthase, apoplastic invertase, nitrate reductase

Название на английском: Доступность подвижного азота в почве влияет на степень проявления узорчатости древесины карельской березы

Аннотация на английском:
Исследовано влияние плодородия почвы (особенно содержания азота) на степень проявления узорчатости древесины карельской березы (Betula pendula var. carelica). Проведен анализ почвенных образцов в среднетаежной подзоне Карелии в Кондопожском, Пряжинском и Медвежьегорском районах, где произрастали карельские березы с различной степенью узорчатости древесины. В камбиальной зоне опытных деревьев изучена активность нитратредуктазы (НР) – ключевого фермента восстановления нитратов, а также активности сахарозосинтазы (СС) и апопластной инвертазы (АпИнв). Было установлено, что формированию узорчатой древесины способствуют снижение активности СС (уменьшение количества сосудов ксилемы и волокнистых трахеид) и повышение активности АпИнв (увеличение количества паренхимы) в зоне роста и развития ксилемы. Нормальный уровень обеспеченности азотом (~80–100 кг/га) обеспечивает нормальный рост растений и высокую активность СС и АпИнв в ксилеме и активность АпИнв во флоэме. Некоторое снижение плодородия почвы (азот в пределах ~70 кг/га) приводит к снижению активности СС вместе с повышением активности АпИнв и увеличению количества темноокрашенных включений в древесине. Одновременное снижение уровня азота и увеличение содержания фосфора вызывает повышенную ассимиляцию нитратов в тканях ствола и повышение активности НР. Такое соотношение азота и фосфора приводит к усилению конкуренции за фотоассимиляты между процессом образования узорчатой древесины (сахароза утилизируется через апопластный путь) и ростом растений (сахароза утилизируется в ксилеме при формировании клеточной стенки). Проведенное исследование показало, что содержание азота в почве и его соотношение с содержанием фосфора влияют на степень проявления узорчатости древесины карельской березы, что отражается в разной активности изучаемых ферментов. Увеличение поступления нитратного азота в растение влечет за собой повышение активности НР, что негативно сказывается на формировании узорчатой древесины.

Ключевые слова на английском: Betula pendula var. carelica, богатство почвы, сахарозосинтаза, апопластная инвертаза, нитратредуктаза

Скрытая запись: нет

Ботанический журнал - Статьи - Labile nitrogen availability in soil influences the expression of wood pattern in karelian birch

Просмотреть
Добавить
Копировать
Редактировать
Удалить
Нет результатов