Morphological variability of Betula pendula Roth leaves under conditions of technogenic transformation of the environment

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper analyzes morphological characters variability of Betula pendula Roth leaves growing in the gradient of technogenic soil transformation. Biological material was collected in natural phytocoenoses and in the Pritagilskaya zone of the Middle Urals technogenically contaminated with heavy metals. In the gradient under study, a change in the shape of the leaf blade is observed: it is rounded, the base is straightened and the top is stretched. The sizes of leaf blades of Betula pendula are smaller under conditions of an average level of pollution than in the background and maximum polluted areas. The largest leaves are typical for B. pendula from the most polluted area. In the studied gradient of the technogenic transformation of the environment, four types of leaf blades forms were distinguished: 1) ovate with a rounded-wedge-shaped base and with a pointed apex; 2) triangular-broadly ovate with a rounded-wedge-shaped base and a pointed apex; 3) triangular-broadly ovate with a truncated base and a pointed apex; 4) triangular-broadly ovate with a truncated base and an elongated pointed apex. By the factor analysis the authors have identified the factors that explain 60% of the total variance of the «leaf shape» trait. The variables have large factor loads for the first factor (length and width of the leaf blade, length of the petiole, the distance from the tip of the leaf blade to the widest part) (42%) and smaller loads for the second one (leaf index) (18%). On the basis of these features, a discriminant analysis was carried out, the results of which indicate that the leaves of plants from the impact area differ from the rest. On the basis of the ratio of the general and consistent variability, morphological features were identified that are ecological indicators – the distance between the bases of the first-second and second-third lateral veins of the first order, the distance from the widest part to the base of the leaf blade, IF (shape index sheet). The high overall and low consistent variability of these characteristics is determined to a greater extent by the influence of environmental factors. The analysis of changes patterns in the level of leaves morphological integration in the gradient of soils technogenic transformation showed that Betula pendula is characterized by a protective-stress developmental strategy.

About the authors

Tatyana Valerievna Zhuikova

Nizhny Tagil State Social and Pedagogical Institute (branch) of Russian State Vocational Pedagogical University

Author for correspondence.
Email: hbfnt@rambler.ru

doctor of biological sciences, associate professor, dean of Natural Sciences, Mathematics and Computer Science Faculty

Russian Federation, Nizhny Tagil, Sverdlovsk Region

Anastasia Sergeevna Popova

Nizhny Tagil State Social and Pedagogical Institute (branch) of Russian State Vocational Pedagogical University

Email: stassy.popova@yandex.ru

junior researcher of Ecological Laboratory

Russian Federation, Nizhny Tagil, Sverdlovsk Region

Eleonora Vasilievna Meling

Nizhny Tagil State Social and Pedagogical Institute (branch) of Russian State Vocational Pedagogical University

Email: meling-e@mail.ru

candidate of biological sciences, senior researcher of Ecological Laboratory

Russian Federation, Nizhny Tagil, Sverdlovsk Region

References

  1. Шакирова Ф.М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция. Уфа: Гилем, 2001. 160 с.
  2. Шмальгаузен И.И. Факторы эволюции (теория стабилизирующего отбора) М., Л.: Изд-во Академии наук СССР, 1946. 396 с.
  3. Пианка Э. Эволюционная экология / пер. с англ. А.М. Гилярова, В.Ф. Матвеева; под ред. и с предисл. С.М. Гилярова. М.: Мир, 1987. 400 с.
  4. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Введение в современную науку о растительности. М.: ГЕОС, 2017. 278 с.
  5. Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И., Валецкий А.В., Кряжева Н.Г., Чистякова Е.К., Чубинишвили А.Т. Здоровье среды: методика оценки. М.: Центр экологической политики России, 2000. 68 с.
  6. Ростова Н.С., Дондуа А.К. Корреляции: структура и изменчивость. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2002. 308 с.
  7. Ишбирдин А.Р., Ишмуратова М.М. Адаптивный морфогенез и эколого-ценотические стратегии выживания травянистых растении // Методы популяционной биологии: мат-лы докл. VII всерос. популяционного семинара. Сыктывкар, 2004. Ч. 2. С. 113–120.
  8. Злобин Ю.А. Популяционная экология растений. Современное состояние, точки роста: монография. Сумы: Университетская книга, 2009. 263 с.
  9. Жукова О.В. Изменчивость признаков листовой пластинки некоторых микровидов манжетки Alchemilla L. (Rosaceae) в природных ценопопуляциях и в искусственных условиях произрастания на территории Республики Марий Эл // Самарский научный вестник. 2020. Т. 9, № 4. С. 66–71. doi: 10.17816/snv202094110.
  10. Ишбирдин А.Р., Ишмуратова М.М., Жирнова Т.В. Стратегии жизни ценопопуляции Cephalanthera rubra (L.) Rich. на территории Башкирского государственного заповедника // Вест. Нижегород. ун-та им. Н.И. Лобачевского. Сер. Биология. 2005. Вып. 1 (9). С. 85–98.
  11. Рахмангулов Р.С. Структура изменчивости морфологических признаков Betula pubescens Ehrh. на высотном градиенте Южного Урала // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2016. № 10 (93), ч. 1. С. 41–43.
  12. Определитель сосудистых растений Среднего Урала / П.Л. Горчаковский и др. М.: Наука, 1994. 525 с.
  13. Global Environmental Monitoring System (GEMS) SCOPE Report 3. Canada, 1973. 74 p.
  14. Жуйкова Т.В., Мелинг Э.В., Кайгородова С.Ю., Безель В.С., Гордеева В.А. Особенности почв и травянистых растительных сообществ в условиях техногенеза на Среднем Урале // Экология. 2015. № 3. С. 163–172.
  15. Ившина И.Б., Костина Л.В., Каменских Т.Н., Жуйкова В.А., Жуйкова Т.В., Безель В.С. Почвенный микробиоценоз как показатель стабильности луговых сообществ при химическом загрязнении среды тяжелыми металлами // Экология. 2014. № 2. С. 83–90.
  16. Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И., Валецкий А.В., Кряжева Н.Г., Чистякова Е.К., Чубинишвили А.Т. Здоровье среды: методика оценки. М.: Центр экологической политики России, 2000. 68 с.
  17. Ишбирдин А.Р., Ишмуратова М.М. К оценке виталитета ценопопуляций Rhodiola iremelica Boriss. по размерному спектру // Ученые записки НТГСПА: мат-лы VI всерос. популяц. семинара «Фундаментальные и прикладные проблемы популяционной биологии». Нижний Тагил, 2004. С. 80–85.
  18. Рахмангулов Р.С. Морфологическая структура и изменчивость листьев березы (Betula L.) на высотном градиенте (Южный Урал) и в условиях антропогенной нагрузки: автореф. дис. … канд. биол. наук. Уфа, 2017. 18 с.
  19. Рахмангулов Р.С. Морфологическая структура и изменчивость листьев березы (Betula L.) на высотном градиенте (Южный Урал) и в условиях антропогенной нагрузки: дис. … канд. биол. наук. Уфа, 2017. 153 с.
  20. Ботаника: Морфология и анатомия растений: учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по биол. и хим. спец. / А.Е. Васильев, Н.С. Воронин, А.Г. Еленевский и др. М.: Просвещение, 1988. 480 с.
  21. Федоров Ал.А., Кирпичников М.Э., Артюшенко З.Т. Атлас по описательной морфологии высших растений: лист / под общ. ред. чл.-корр. АН СССР П.А. Баранова. М.-Л.: АН СССР, 1959. 303 с.
  22. Ишмуратова М.М. Родиола иремельская на Южном Урале / отв. ред. А.Р. Ишбирдин. М.: Наука, 2006. 252 с.
  23. Злобин Ю.А. Принципы и методы изучения ценотических популяций растений: учеб.-метод. пособие. Казань: Изд-во Казанского Университета, 1989. 147 с.
  24. Хикматуллина Г.Р. Сравнение морфологических признаков листа Betula pendula в условиях урбаносреды // Вестник Удмуртского университета. Биология. Науки о Земле. 2013. Вып. 2. С. 48–56.
  25. Савинцева Л.С. Экологический анализ адаптивных механизмов растений в урбанизированной среде: автореф. дис. … канд. биол. наук. Петрозаводск, 2015. 24 с.
  26. Рахмангулов Р.С. Влияние антропогенной нагрузки на адаптацию B. pendula Roth // Аграрная Россия. 2016. № 8. С. 24–26.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1 - Change in IF and ILP in the gradient of technogenic transformation of the environment

Download (21KB)
3. Figure 2 - Change in DLP, SLP, petiole length (PM) in the gradient of toxic load

Download (31KB)
4. Figure 3 - Average image of the leaf blade of B. pendula in the gradient of technogenic transformation of the environment

Download (13KB)
5. Figure 4 - The results of factor analysis of diagnostic features that determine the shape of the leaf

Download (13KB)
6. Figure 5 - Leaves of B. pendula from the background, buffer and impact zones in the plane of discriminant functions

Download (16KB)
7. Figure 6 - The structure of variability of the morphological characters of the leaf Betula pendula Roth (averaged for all phytocenoses).

Download (10KB)
8. Figure 7 - The trend of the ontogenetic strategy of Betula pendula Roth in the gradient of technogenic transformation of the environment

Download (9KB)

Copyright (c) 2021 Zhuikova T.V., Popova A.S., Meling E.V.

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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».