DEVELOPMENT OF PINUS SYLVESTRIS L. MALE GAMETOPHYTE IN URBAN ENVIRONMENT

L.P. Khlebova, O.V. Bychkova

Abstract


The peculiarities of the development of the male gametophyte of Pinus silvestris L. in the urban environment were studied. Quality of pollen was evaluated by laboratory experiments through germination at the nutrient medium and by histochemical staining to determine the presence of redox enzymes. It was shown that pollen viability is closely linked to climatic and weather conditions during the period of microsporogenesis and mass pollination. Atmospheric pollution affected the pollen significantly. Low temperatures and high humidity in the background of the weak capacity of self-purification of the atmosphere led to a reduction of the potential pollen viability. The ability of the pollen grains to germinate was reduced, the number of abnormal pollen tubes was increased, and the proportion of cells containing active peroxidase was decreased. We revealed a close positive correlation between the frequency of germinated pollen grains and the presence of active peroxidase, as well as a negative correlation between the percentage of colored pollen and the frequency of pollen tube anomalies, which confirmed the role of peroxidase activity not only in the induction of pollen germination, but also the formation of pollen tubes.
A ranking of the urban territory on the strength of unfavorable environmental factors has been carried out. The reaction of male gametophyte of pine allowed us to consider it as a biological indicator of unfavorable ecological situation in the urban environment.


Keywords


pollen; Pinus silvestris L; viability; pollen tube; active peroxidase; urban environment; environmental stress

Full Text:

PDF

References


Бажина Е.В. Жизнеспособность пыльцы и изменчивость признаков побегов Abies sibirika, пораженных ржавчинным раком / Е.В. Бажина // Ботанический журнал. – 2005. – Т. 90. – № 5. – С. 696-702.

Барабин А.И. Генетика / А.И. Барабин // Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет, 2010. – 116 с.

Владимирова О.С. Пыльца ели сибирской, произрастающей в различных экологических условиях / О.С. Владимирова, Е.Н. Муратова, М.И. Седаева // Хвойные бореальной зоны. – 2008. – Т. 25. – № 1-2. – С. 98-103.

Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды в Алтайском крае в 2014 году». Барнаул, 2015. – 150 с.

Ерещенко О.В. Влияние погодных условий на изменчивость признаков пыльцы березы повислой (Betula pendula Roth.) / О.В. Ерещенко, Л.П. Хлебова // Известия АГУ. – 2012. – № 3-2. – С. 17-20.

Ерещенко О.В. Изменение морфометрических параметров пластинки березы повислой Betula pendula Roth. в условиях Барнаула / О.В. Ерещенко, Л.П. Хлебова // Известия АГУ. – 2013. – № 3-2 (79). – С. 26-30.

Ерещенко О.В. Фитоиндикационная оценка современного экологического состояния городских экосистем / О.В. Ерещенко, Л.П. Хлебова, Г.Г. Соколова // Ломоносовские чтения на Алтае: сб. науч. статей междунар. молодеж. школы-семинар, Барнаул, 5-8 ноября, 2013 г.: в 6 частях / Под редакцией Е.Д. Родионова. - Барнаул, 2013. – С. 257-261.

Левченко В.А. Оценка состояния пыльцы древесных растений в урботехногенных экосистемах города Кривой Рог / В.А. Левченко, И.А. Силич // Индикация состояния окружающей среды: теория, практика, образование: сб. тр. международ. науч.-практич. конф. 17-19 апреля 2014 г. - М.: Буки-Веди, 2014. – С. 124-126.

Лях В.А. Влияние тяжелых металлов на жизнеспособность пыльцы некоторых древесных / В.А. Лях, Т.Н. Пересыпкина, Е.В. Дубовая // Научный вестник СумДУ. Серия: Технические науки. – 2004. – № 2 (61). – С. 177.

Носкова Н.Е. Репродукция сосны обыкновенной в условиях глобального изменения климата и стратегические пути сохранения вида / Н.Е. Носкова, И.Н. Третьякова // Хвойные бореальной зоны. – 2011. – Т. XXVIII. – № 1-2. – С. 41-46.

Паушева З.П. Практикум по цитологии растений / З.П. Паушева. – М.: Агропромиздат, 1988. – 217 с.

Пронина Р.Д. Фертильность и жизнеспособность пыльцы сосны обыкновенной в условиях городской среды / Р.Д. Пронина // Сборник научных статей международной конференции «Ломоносовские чтения на Алтае: фундаментальные проблемы науки и образования», Барнаул, 20-24 октября 2015. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2015. – С. 1424-1428.

Соколова Г.Г. Биоиндикация загрязнения воздуха в Барнауле / Г.Г. Соколова, А.Ю. Тиньгаева // Известия АГУ. – 2008. – № 3. – C. 19-21.

Соколова Г.Г. Оценка стабильности развития листовых органов березы бородавчатой в условиях города Бийска / Г.Г. Соколова, Е.П. Клоус // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии. – 2014. – № 13. – С. 214-218.

Третьякова И.Н. Пыльца сосны обыкновенной в условиях экологического стресса / И.Н. Третьякова, Н.Е. Носкова // Экология. – 2004. – № 1. – С. 26-33.

Хлебова Л.П. Изменчивость признаков пыльцы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях Барнаула / Л.П. Хлебова, О.В. Ерещенко // Известия АГУ. – 2013. – Т. 1. – № 3 (79). – С. 103-107.

Хлебова Л.П. Качество пыльцы березы повислой (Betula pendula Roth.) в условиях Барнаула / Л.П. Хлебова, О.В. Ерещенко // Известия АГУ. – 2012. – № 3-1. – С. 89-92.

Шутова К.О. Климатический потенциал самоочищения атмосферы от загрязнения / К.О. Шутова, Н.Б. Максимова, С.С. Семикина // География и природопользование Сибири: сборник статей / под ред. проф. Г.Я. Барышникова. Барнаул, 2015. – Вып. 19. – С. 196-205.

Chehregani A.H. Effect of air pollution on some cytogenetic characteristics, structure, viability and proteins of Zinnia elegans pollen grains / A.H. Chehregani, A. Majde, M. Moin, M. M. Golami, M. Shariatzadeh, F. Mohsenzae // Pakistan Journal of Biological Sciences. – 2004. – V. 7(1). – P. 118-122. doi:10.3923/pjbs.2004.118.122

Cuinica L.G. Effect of air pollutant NO2 on Betula pendula, Ostrya carpinifolia and Carpinus betulus pollen fertility and human allergenicity / L.G. Cuinica, I. Abreu, J. Esteves da Silva // Environmental Pollution. – 2014. – V. 186. – P. 50-55.

Dafni A. Pollen viability and longetivity: practical, ecological and evolutionary implication / A. Dafni, D. Firmage // Pollen and pollination / Eds. A. Dafni, M. Hesse, E. Pacini. – Springer-Verlag Vien GmbH, 2000. – P. 113-132.

Gottardini E. Ambient levels of nitrogen dioxide (NO2) may reduce pollen viability in Austrian pine (Pinus nigra Arnold) trees – Correlative evidence from a field study / E. Gottardini, A. Cristofori, F. Cristofolini, S. Maccherini, M. Ferretti // Science of The Total Environment. – 2008. – V. 402. – №. 2-3. – P. 299-305.

Heslop-Harrison J.S. The evaluation of pollen quality and a further appraisal of the fluorochromatic (FCR) test procedure / J.S. Heslop-Harrison, Y. Heslop-Harrison, K.R. Shivanna // Theor. Appl. Gen. – 1984. – V. 67. – P. 367-375.

Mehan M. Studies on the physiology of pollen and pollen tube growth. I. Pinus roxburghii / M. Mehan, C.P. Malik. // Acta. Histochem. – 1976. – V. 56. – P. 80-85.

Parui S. Peroxidase isozyme profiles of immature and mature pollen of seven tropical plants from eastern India / S. Parui, A.K. Mondal, S. Mandal // Grana. – 1998. – V. 37. – № 4. – P. 228-232. doi: 10.1080/00173139809362671

Rezanejad F. Air pollution effects on structure, proteins and flavonoids in pollen grains of Thuja orientalis L. (Cupressaceae) / F. Rezanejad // Grana. – 2009. – V. 48(3). – P. 205-213. doi:10.1080/00173130902949417

Sénéchal H. A review of the effects of major atmospheric pollutants on pollen grains, pollen content, and allergenicity / H. Sénéchal, N. Visez, D. Charpin // The Scientific World Journal. – 2015. – V. 2015. – 29 p. doi: 10.1155/2015/940243

Stanley R.G. Pollen Biology Biochemistry Management / R.G. Stanley, H.F. Linskens. – Springer-Verlag: Berlin - Heidelberg - New York, 1974. – P. 8184.

REFERENCES

Barabin, A.I. (2010). Genetika. Arhangel'sk: Severnyi (Arkticheskii) federal'nyi universitet.

Bazhina, E.V. (2005). Zhiznesposobnost' pyl'cy i izmenchivost' priznakov pobegov Abiessibirika, porazhennyh rzhavchinnym rakom. Botanicheskii zhurnal. 90 (5), 696-702.

Chehregani, A.H., Majde, A., Moin, M., Golami, M. M., Shariatzadeh, M., Mohsenzae, F. (2004). Effect of air pollution on some cytogenetic characteristics, structure, viability and proteins of Zinnia elegans pollen grains. Pakistan Journal of Biological Sciences. 7(1), 118-122. doi:10.3923/pjbs.2004.118.122

Cuinica, L.G., Abreu, I., Esteves da Silva, J. (2014). Effect of air pollutant NO2 on Betula pendula, Ostrya carpinifolia and Carpinus betulus pollen fertility and human allergenicity. Environmental Pollution. 186, 50-55.

Dafni, A., Firmage, D. (2000). Pollen viability and longetivity: practical, ecological and evolutionary implication. In Pollen and pollination. A. Dafni, M. Hesse, E. Pacini (Eds.). Springer-VerlagVien GmbH.

Ereshenko, O.V., Hlebova, L.P. (2012). Vliyanie pogodnyh uslovii na izmenchivost' priznakov pyl'cy berezy povisloi (Betula pendula Roth.). Izvestiya AGU. 3-2, 17-20 (in Russian).

Ereshenko, O.V., Hlebova, L.P. (2013). Izmenenie morfometricheskih parametrov plastinki berezy povisloi Betula pendula Roth. v usloviyah Barnaula. Izvestiya AGU. 3-2 (79), 26-30 (in Russian).

Ereshenko, O.V., Hlebova, L.P., Sokolova, G.G. (2013). Fitoindikacionnaya ocenka sovremennogo ekologicheskogo sostoyaniya gorodskih ekosistem. Lomonosovskie chteniya na Altae: sb. nauch. statei mezhdunar. molodezh. shkoly-seminar. Barnaul (in Russian).

Gosudarstvennyi doklad «O sostoyanii i ob ohrane okruzhayushei sredy v Altaiskom krae v 2014 godu». (2015). Barnaul (in Russian).

Gottardini, E., Cristofori, A., Cristofolini, F., Maccherini, S., Ferretti M. (2008). Ambient levels of nitrogen dioxide (NO2) may reduce pollen viability in Austrian pine (Pinus nigra Arnold) trees – Correlative evidence from a field study. Science of The Total Environment. 402, 2-3, 299-305.

Heslop-Harrison, J.S., Heslop-Harrison, Y., Shivanna, K.R. (1984). The evaluation of pollen quality and a further appraisal of the fluorochromatic (FCR) test procedure. Theor. Appl. Gen. 67, 367-375.

Hlebova, L.P., Ereshenko, O.V. (2012). Kachestvo pyl'cy berezy povisloi (Betula pendula Roth.) v usloviyah Barnaulа. Izvestiya AGU. 3-1, 89-92 (in Russian).

Hlebova, L.P., Ereshenko, O.V. (2013). Izmenchivost' priznakov pyl'cy sosny obyknovennoi (Pinus sylvestris L.) v usloviyah Barnaula. Izvestiya AGU. 1, 3 (79), 103-107 (in Russian).

Levchenko, V.A., Silich, I.A. (2014). Ocenka sostoyaniya pyl'cy drevesnyh rastenii v urbotehnogennyh ekosistemah goroda Krivoi Rog. Proceed. Int. Conf. Indikaciya sostoyaniya okruzhayushei sredy: teoriya, praktika, obrazovanie. Moscow. Buki-Vedi (in Russian).

Lyah, V.A., Peresypkina, T.N., Dubovaya, E.V. (2004). Vliyanie tyazhelyh metallov na zhiznesposobnost' pyl'cy nekotoryh drevesnyh. Nauchnyi vestnik SumDU. Seriya: Tehnicheskie nauki. 2 (61), 177 (in Russian).

Mehan, M., Malik, C.P. (1976). Studies on the physiology of pollen and pollen tube growth. I. Pinus roxburghii. Acta Histochem. 56, 80-85.

Noskova, N.E., Tret'yakova, I.N. (2011). Reprodukciya sosny obyknovennoi v usloviyah global'nogo izmeneniya klimata i strategicheskie puti sohraneniya vida. Hvoinye boreal'noi zony. XXVIII, 1-2, 41-46 (in Russian).

Parui, S., Mondal, A.K., Mandal, S. (1998). Peroxidase isozyme profiles of immature and mature pollen of seven tropical plants from eastern India. Grana. 37 (4), 228-232. doi: 10.1080/00173139809362671

Pausheva, Z.P. (1988). Praktikum po citologii rastenii. Moscow. Agropromizdat (in Russian).

Pronina, R.D. (2015). Fertil'nost' i zhiznesposobnost' pyl'cy sosny obyknovennoi v usloviyah gorodskoi sredy. Sbornik nauchnyh statei mezhdunarodnoi konferencii «Lomonosovskie chteniya na Altae: fundamental'nye problemy nauki i obrazovaniya». Barnaul. Altai state university (in Russian).

Rezanejad, F. (2009). Air pollution effects on structure, proteins and flavonoids in pollen grains of Thuja orientalis L. (Cupressaceae). Grana. 48(3), 205-213. doi:10.1080/00173130902949417

Sénéchal, H., Visez, N., Charpin, D. et al. (2015). A review of the effects of major atmospheric pollutants on pollen grains, pollen content, and allergenicity. The Scientific World Journal. 29. doi.org/10.1155/2015/940243

Shutova, K.O., Maksimova, N.B. Semikina, S.S. (2015). Klimaticheskii potencial samoochisheniya atmosfery ot zagryazneniya. Geografiya i prirodopol'zovanie Sibiri: sbornik statei. 19, 196-205 (in Russian).

Sokolova, G.G., Klous, E.P. (2014). Ocenka stabil'nosti razvitiya listovyh organov berezy borodavchatoi v usloviyah goroda Biiska. Problemy botaniki Yuzhnoi Sibiri i Mongolii. 13, 214-218 (in Russian).

Sokolova, G.G., Tin'gaeva, A.Yu. (2008). Bioindikaciya zagryazneniya vozduha v Barnaule. Izvestiya AGU. 3, 19-21 (in Russian).

Stanley, R.G., Linskens, H.F. (1974). Pollen Biology Biochemistry Management. Springer-Verlag: Berlin - Heidelberg - New York. 81-84.

Tret'yakova, I.N., Noskova, N.E. (2004). Pyl'ca sosny obyknovennoi v usloviyah ekologicheskogo stressa. Ekologiya. 1, 26-33 (in Russian).

Vladimirova, O.S., Muratova, E.N., Sedaeva, M.I. (2008). Pyl'ca eli sibirskoi, proizrastayushei v razlichnyh ekologicheskih usloviyah. Hvoinye boreal'noi zony. 25, 1-2, 98-103 (in Russian).




DOI: http://dx.doi.org/10.15421/201623

Article Metrics

Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM

Refbacks

  • There are currently no refbacks.




 

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

© 2017 Ukrainian Journal of Ecology. ISSN 2520-2138