Досліджено фізіологічні адаптивні реакції (особливості фракційного складу води, вміст розчинних вуглеводів, загальну антиоксидантну активність, вміст компонентів глутатіон-аскорбатного циклу) мохів Polytrichum formosum Hedw., Atrichum undulatum (Hedw.) P. Beauv., Ceratodon purpureus (Hedw.) Вrid. лісових екосистем Українського Розточчя. Рослинний матеріал для роботи відібрано з дослідних ділянок, відмінних за водним і температурним режимами зростання: 1 — територія повного заповідання у старовіковому лісі Верещицького природоохоронного науково-дослідного відділення (контроль); 2 — зона стаціонарної рекреації «Верещиця»; 3 — територія вирубки 40-річного віку Страдчівського навчально-виробничого лісокомбінату. Показано, що фракційний склад води у гаметофіті мохів залежав від видових особливостей та умов місць зростання. У пагонах ендогідричних видів A. undulatum і P. formosum у загальному водному балансі переважала вільна вода, тоді як у зразках ектогідричного виду C. purpureus — фракція осмотично зв’язаної води. За несприятливих водного і температурного режимів у зразках усіх досліджуваних рослин істотно збільшувався вміст зв’язаної води, що зумовлено підвищенням концентрації осмолітів у клітинах. Встановлено, що несприятливі умови водозабезпечення спрямовували вуглеводний обмін у напрямку гідролізу крохмалю та накопичення розчинних вуглеводів, насамперед цукрози (56—70 % загальної кількості розчинних вуглеводів), посилюючи водоутримувальну здатність клітин бріофітів. Важливе значення у захисних реакціях мохів у мінливих мікрокліматичних умовах має антиоксидантна система. На дослідних ділянках у зоні рекреації й території вирубки із менш сприятливим температурним і водним режимами у пагонах мохів виявлено зростання загальної антиоксидантної активності, інтенсивне використання аскорбінової кислоти і відновленого глутатіону та підвищення активності аскорбатпероксидази, що забезпечувало внутрішньоклітинний захист від вільнорадикальних ушкоджень. Пагони ектогідричного моху С. purpureus характеризувалися більшою пластичністю вмісту компонентів антиоксидантної системи, тоді як гаметофіт ендогідричних мохів A. undulatum і P. formosum мав більш константні показники, що, очевидно, зумовлено стабільнішим водним режимом цих рослин у мінливих мікрокліматичних умовах.
Ключові слова: мохи, фракційний склад води, вуглеводи, антиоксидантна система, лісові екосистеми
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Glime, J.M. (2017). Water relations: movement. Chap. 7-2. In: Glime, J.M. Bryophyte ecology. Vol. 1. Physiological Ecology. E-book sponsored by Michigan Technolgical University and the International Association of Bryologists. Retrieved from http://digitalcommons.mtu.edu/bryophyte-ecology/
2. Turetsky, M.R., Bond-Lamberty, B., Euskirchen, E., Talbot, J., Frolking, S., McGuire, A.D. & Tuittila, E.S. (2012). The resilience and functional role of moss in boreal and arctic ecosystems. New Phytol., 196, pp. 49-67. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2012.04254.x
3. Kyyak, V., Danylyk, I., Shpakivska, I., Kagalo, O. & Lobachevska, O. (Eds.) (2022). Conservation of biodiversity and rare habitat types under climate change conditions. Lviv: Levada [in Ukrainian]. Retrieved from https://ecoinst.org.ua/pdf/zberezhennia-bioriznomanittia-recomendacii-2022.pdf
4. Fojcik, B., WierzgoX, M. & Chmura, D. (2019). Response of bryophytes to disturbances in managed forests. A case study from a polish forest. Cryptogamie, Bryol., 40, No. 10, pp. 105-118. https://doi.org/10.5252/cryptogamie-bryologie2019v40a10
5. Siwach, A., Kaushal, S. & Baishya, R. (2021). Effect of Mosses on physical and chemical properties of soil in temperate forests of Garhwal Himalayas. J. Trop. Ecol., 37, pp. 1-10. https://doi.org/10.1017/S0266467421000249
6. Apel, K. & Hirt, H. (2004). Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress and signal transduction. Ann. Rev. Plant Biol., 55, pp. 373-399. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.55.031903.141701
7. Lobachevska, O.V., Kyyak, N.Ya., Baik, O.L., Khorkavtsiv, Ya.D., Sokhanchak, R.R., Karpinets, L.I., Boiko, I.V., Beshlei, S.V., Rabyk, I.V., Shcherbachenko, O.V. & Kit, N.A. (2022). Resistance and adaptive structural and functional changes of mosses under the influence of abiotic stressors in conditions of the anthropogenically transformed environment: monograph. Lviv: Halych-Press [in Ukrainian].
8. Gao, B., Li, X., Zhang, D., Liang, Y., Yang, H., Chen, M., Zhang, Y., Zhang, J. & Wood, A.J. (2017). Desiccation tolerance in bryophytes: The dehydration and rehydration transcriptomes in the desiccation-tolerant bryophyte Bryum argenteum. Sci. Rep., No. 7, pp. 75-87. https://doi.org/10.1038/s41598-017-07297-3
9. Kyyak, N.Y. (2022). Metabolism of carbohydrates and activity of the antioxidant system in mosses on the post-technogenic salinized territory. Reg. Mech. Biosys., 13, No. 2, pp. 189-196. https://doi.org/10.15421/022224
10. Thakur, S. & Kapila, S. (2017). Seasonal changes in antioxidant enzymes, polyphenol oxidase enzyme, flavonoids and phenolic content in three leafy liverworts. Lindbergia, 40, pp. 39-44. https://doi.org/10.25227/linbg.01076
11. Proctor, M.C.F., Oliver, M.J., Wood, A.J., Alpert, P.R., Stark, L., Cleavitt, N.L. & Mishler, B.D. (2007). Desiccations-tolerance in bryophytes: a review. Bryologist, 110, No. 4, pp. 595-621. Retrieved from https://www.jstor.org/stable/20110898
12. Wu, N., Zhang, Y.M., Downing, A., Zhang, J. & Yang, Ch. (2012). Membrane stability of the desert moss Syntrichia caninervis Mitt. during desiccation and rehydration. J. Bryol., 34, No. 1, pp. 1-8. https://doi.org/10.1179/1743282011Y.0000000043
13. Grabovska, O.V., Miroshnikov, O.M., Podobiy, O.V., Volovik, L.S., Kovalevska, E.I., Serbova, M.I. & Bondarenko, S.P. (2012). Physical and colloidal chemistry: Methodical recommendations for laboratory work. Kyiv: NUHT [in Ukrainian].
14. Sadasivam, S. & Manickam, A. (2007). Biochemical methods. New Delhi: New Age Int.
15. Aversi-Ferreira, T., Penha-Silva, N., Fonseca, A., Brito, A. & Penha, M. (2004). Rapid determination of reducing sugars with picric acid for biotechnological use. Biosci. J., 20, pp. 183-188.
16. Sakalo, V.D., Larchenko, K.A. & Kurchii, V.M. (2009). Synthesis and sucrose metabolism in the leaves of maize seedlings under water stress. Physiol. Biochem. Cult. Plants, 41, No. 4, pp. 305-313. Retrieved from http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/ 30280 [in Ukrainian].
17. Brand-Williams, W., Cuvelier, M.E. & Berset, C. (1995). Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. Food Sci. Technol., 28, No. 1, pp. 25-30. https://doi.org/10.1016/S0023-6438(95)80008-5
18. Schmidt, K. & Holfelder, E. (1975). Simplification of the dinitrophenylhydrazine method for the photometric determination of ascorbic acid and dehydroascorbic acid in fruit juices. I. Application to juice of black current. Z. Lebensm Unters Forsch., 157, No. 4, pp. 217-220. https://doi.org/10.1007/BF01785773
19. Yenne, S.P. & Hatzios, K. (1990). Influence of oxime ether on glutathione content and glutathione-related enzyme activity in seeds and seedlings of grain sorghum. Z. Naturforsch., 45, pp. 96-106. https://doi.org/10.1515/znc-1990-1-217
20. Bredford, W. (1976). A simple method for protein test. Ann. Clinic. Biochem., 72, pp. 248-252.
21. Lobachevska, O.V. (2013). Bryophytes as a model for the study of ecophysiological adaptation to environmental conditions. Chornomors'k. bot. z., 10, No. 1, pp. 48-60 [in Ukrainian]. http://doi.org/10.14255/2308-9628/14.101/6
22. Ligrone, R., Duckett, J.G. & Renzaglia, K.S. (2000). Conducting tissues and phyletic relationships of bryophytes. Philosophical Transactions of the Royal Society, London, No. 355, pp. 795-813. https://doi.org/10.1098/rstb.2000.0616
23. Myalkovsky, R.O. (2017). Fragmental composition of water in leaves of potato varieties (Solanum tuberosum L.). Podilian Bulletin: agriculture, engineering, economics, No. 27, pp. 30-36 [in Ukrainian].
24. Li, J., Li, X. & Chen, C. (2014). Degradation and reorganization of thylakoid protein complexes of Bryum argenteum in response to dehydration and rehydration. The Bryologist, 117, No. 2, pp. 110-118. https://doi.org/10.1639/0007-2745-117.2.110
25. Pressel, S., Ligrone, R. & Duckett, J. (2006). Effects of de- and rehydration on food-conducting cells in the moss Polytrichum formosum: a cytological study. Ann. Bot., No. 98, pp. 67-76. https://doi.org/10.1093/aob/mcl092
26. Kolupaev, Yu.E. (2010). Basics of plant resistance physiology. Kharkiv: Miskdruk [in Ukrainian].
27. Proctor, M.C.F. & Tuba, Z. (2002). Poikilohydry and homiohydry: antithesis or spectrum of possibilities? New Phytologist, 156, pp. 327-349. https://doi.org/10.1046/j.1469-8137.2002.00526.x
28. Kandpal, V., Chaturvedi, P., Negi, K., Gupta, S. & Sharma, A. (2016). Evaluation of antibiotic and biochemical potential of bryophytes from Kumaun hills and Tarai belt of Himalayas. Int. J. Pharm. and Pharmac. Sci., 8, No. 6, pp. 65-69.
29. Sabovljeviє, M.S. & Sabovljeviє, A.D. (2020). Bryophytes. London: IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.84587