Влияние дефолиации березы повислой (Betula Pendula R.) непарным шелкопрядом (Lymantria dispar L.) на состав и содержание химических соединений в листьях

Е.В. Колтунов

Ботанический сад Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург, 620144, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

Вспышки массового размножения растительноядных лесных вредителей оказывают значительное негативное эколого-экономическое воздействие на общее состояние лесов, поэтому изучение биохимических механизмов энтоморезистентности древостоев (индуцированной и конститутивной) остается весьма актуальным. Целью исследования было изучение биохимической специфичности вышеуказанных типов энтоморезистентности методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Проведенный нами хроматографический анализ общего количества химических соединений показал, что содержание 59.02% фракций в листьях дефолиированных древостоев увеличивалось, в то время как у 36.06% фракций оно снижалось, а у 4.92% не изменялось. Всего нами было идентифицировано 20 химических соединений. Содержание 55% соединений возрастало под влиянием дефолиации, у 40% соединений оно снижалось, а у 5% не изменялось. Первая группа соединений включает фенолгликозиды (арбутин, салицин), флавоноиды (изокверцитрин, лютеолин, кверцетин, апигенин, мирицетин, кемпферол), гидроксикарбоновые (галловая кислота) и гидроксикоричные кислоты (кафтаровая кислота), витамины (аскорбиновая кислота). Ранее нами был определен состав фенольных соединений, детерминирующих конститутивную энтоморезистентность у березы повислой. Сравнительный анализ их состава и выявленных нами соединений индуцированной энтоморезистентности показал очень близкое сходство. Следовательно, можно предположить, что параметры индуцированной и конститутивной энтоморезистентности у березы повислой детерминируют идентичные фенольные соединения.

Ключевые слова: непарный шелкопряд, береза повислая, листья, дефолиация, высокоэффективная жидкостная хроматография, химические соединения

Литература

1. Колтунов Е.В. Насекомые-фитофаги лесных биогеоценозов в условиях антропогенного воздействия. – Екатеринбург: Наука, 1993. – 137 с.
2. Колтунов Е.В. Экология непарного шелкопряда в лесах Евразии. – Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2006. – 260 с.
3. Doane Ch.C., McManus M.L. (Eds.) The Gypsy Moth: Research toward Integrated Pest Management: Technical Bulletin 1584. – Washington, DC: U. S. Dep. Agric,1981. – P. 1–8.
4. Elkinton J.S., Liebhold A.M. Population dynamics of gypsy moth in North America. // Annu. Rev. Entomol. – 1990. – V. 35. – P. 571–596. – doi: 10.1146/annurev.en.35.010190.003035.
5. Жигунов А.В., Семакова Т.А., Шабунин Д.Л. Массовые усыхания лесов на Северо-Западе России // Лесобиологические исследования на Северо-Западе таежной зоны России. Итоги и перспективы: Материалы науч. конф., посвящ. 50-летию Ин-та леса Карельского науч. центра РАН. – Петрозаводск, КарНЦ РАН, 2007. – С. 42–52.
6. Маслов А.Д. Короед-типограф и усыхание еловых лесов. – М.: ВНИИЛМ, 2010. – 138 с.
7. Бахвалов С.А., Кукушкина Т.А., Высочина Г.И. Влияние дефолиации на изменения количества аллелохемиков и растворимых сахаров в листьях березы повислой (Betula pendula Roth) // Сиб. экол. журн. – 2010. – Т. 17, № 2. – С. 291–297.
8. Колтунов Е.В., Яковлева М.И. Биохимические особенности конститутивной резистентности березы повислой (Betula pendula Roth.) к повреждению насекомыми-фитофагами в условиях антропогенного воздействия // Соврем. проблемы науки и образования. – 2014. – № 5. – С. 1–11.
9. Колтунов Е.В., Яковлева М.И. Состав фенольных соединений листьев березы повислой (Betula pendula Roth.) в очагах массового размножения непарного шелкопряда (Lymantria dispar L.) и за их границами // Соврем. проблемы науки и образования. – 2016. – № 5. – С. 1–8.
10. Wagner M.R. Influence of moisture stress and induced resistance in ponderosa pine, Pinus ponderosa Dougl. ex Laws, on the pine sawfly, Neodiprion autumnalis Smith // For. Ecol. Manage. – 1986. – V. 15, No 1. – P. 43–53. – doi: 10.1016/0378-1127(86)90088-5.
11. Ossipov V., Haukioja E., Ossipova S., Hanhimäki S., Pihlaja K. Phenolic and phenolic-related factors as determinants of suitability of mountain birch leaves to an herbivorous insect // Biochem. Syst. Ecol. – 2001. – V. 29, No 3. – P. 223–240. – doi: 10.1016/S0305-1978(00)00069-7.
12. Gatehouse J.A. Plant resistance towards insect herbivores: A dynamic interaction. // New Phytol. – 2002. – V. 156. – P. 145–169. – doi: 10.1046/j.1469-8137.2002.00519.x.
13. Osier T.L., Lindroth R.L. Long-term effects of defoliation on quaking aspen in relation to genotype and nutrient availability: Plant growth, phytochemistry and insect performance // Oecologia. – 2004. – V. 139, No 1. – P. 55–65. – doi: 10.1007/s00442-003-1481-3.
14. Haukioja E. Plant defenses and population fluctuations of forest defoliators: Mechanism-based scenarios. // Ann. Zool. Fenn. – 2005. – V. 42, No 4. – P. 313–325.
15. Shul'ts E.E., Bakhvalov S.A., Martem'yanov V.V., Petrova T.N., Syromyatnikova I.N., Shakirov M.M., Tolstikov G.A. Effects of natural and artificial defoliation on the content and composition of extractive substances in birch leaves // Appl. Biochem. Microbiol. – 2005. – V. 41, No 1. – P. 94–98. doi: 10.1007/s10438-005-0017-5.
16. Shields V.D., Smith K.P., Arnold N.S., Gordon I.M., Shaw T.E., Waranch D. The effect of varying alkaloid concentrations on the feeding behavior of gypsy moth larvae, Lymantria dispar (L.) (Lepidoptera: Lymantriidae) // Arthropod-Plant Interact. – 2008. – V. 2, No 2. – P. 101–107. – doi: 10.1007/s11829-008-9035-6.
17. Martemyanov V.V., Dubovskiy I.M., Rantala M.J., Salminen J.-P., Belousova I.A., Pavlushin S.V., Bakhvalov S.A., Glupov V.V. The effects of defoliation-induced delayed changes in silver birch foliar chemistry on gypsy moth fitness, immune response, and resistance to baculovirus infection // J. Chem. Ecol. – 2012. – V. 38, No 3. – P. 295–305. – doi: 10.1007/s10886-012-0090-1.
18. Barbosa P., Krischik V.A. Influence of alkaloids on feeding preference of east-ern deciduous forest trees by the gypsy moth (Lymantria dispar) // Am. Nat. – 1987. – V. 130, No 1. – P. 53–69.
19. Бахвалов С.А., Колтунов Е.В., Мартемьянов В.В. Факторы и экологические механизмы популяционной динамики лесных насекомых-филлофагов. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2010. – 300 c.
20. Валиева А.И., Абдрахимова Й.Р. Вторичные метаболиты растений: физиологические и биохимические аспекты // Учебно-методическое пособие. – Казань: Казан. ун-т, 2010. – 40 с.
21. Morimoto M., Kumeda S., Komai K. Insect antifeedant flavonoids from Gnaphalium affine D. Don // J. Agric. Food Chem. – 2000. – V. 48, No 5. – P. 1888–1891. – doi: 10.1021/jf990282q.
22. Hammerschmidt R. Phenols and plant–pathogen interactions: The saga continues // Physiol. Mol. Plant Pathol. – 2005. – V. 66, No 3. – P. 77–78. – doi: 10.1016/j.pmpp.2005.08.001.
23. Кавеленова Л.М., Лищинская С.Н., Карандаева Л.Н. Особенности сезонной динамики водорастворимых фенольных соединений в листьях березы повислой в условиях урбосреды (на примере Самары) // Химия растительного сырья. – 2001. – № 3. – C. 91–96.
24. Запрометов М. Н. Фенольные соединения: Распространение, метаболизм и функции в растениях. – М.: Наука, 1993. – 272 с.
25. Joseph G., Kelsey R.G., Moldenke A.F., Miller J.C., Berry R.E. Effects of nitrogen and Douglas-fir allelochemicals on development of the gypsy moth, Lymantria dispar // J. Chem. Ecol. – 1993. – V. 19, No 6. – P. 1245–1263. – doi: 10.1007/BF00987384.
26. Rieske L.K., Raffa K.F. Interactions among insect herbivore guilds: Influence of thrips bud injury on foliar chemistry and suitability to gypsy moths // J. Chem. Ecol. – 1998. – V. 24, No 3. – P. 501–523. – doi: 10.1023/A:1022364819779.
27. Казанская Н.С., Ланина В.В., Марфенин Н.Н. Рекреационные леса. – М.: Лесная пром-сть, 1977. – 96 с.
28. Hemming J.D.C., Lindroth R.L. Intraspecific variation in aspen phytochemistry: Effects on performance of gypsy moth and forest tent caterpillars // Oecologia. – 1995. – V. 103, No 1. – P. 79–88. – doi: 10.1007/BF00328428.
29. Судачкова Н.Е., Милютина И.Л., Романова Л.И., Астраханцева Н.В. Действие дефолиации на рост и метаболизм сосны обыкновенной // Сиб. экол. журн. – 2015. – Т. 22, № 1. – С. 28–35.
30. Тарун Е.И. Сравнение антиоксидантной активности галловой, кофейной и хлорогеновой кислот // Труды Белорус. гос. ун-та. – 2014. – Т. 9, Ч. 1. – С. 186–191.

Поступила в редакцию

12.10.17

Колтунов Евгений Владимирович, доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник отдела лесоведения

Ботанический сад Уральского отделения РАН

ул.8 Марта, д. 202а, г. Екатеринбург, 620144, Россия

E-mail: evg_koltunov@mail.ru

Для цитирования: Колтунов Е.В. Влияние дефолиации березы повислой (Betula pendula R.) непарным шелкопрядом (Lymantria dispar L.) на состав и содержание химических соединений в листьях // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2018. – Т. 160, кн. 1. – С. 67–77.

For citation: Koltunov E.V. The effect of defoliation of silver birch (Betula pendula R.) by gypsy moth (Lymantria dispar L.) on the composition and content of chemical compounds in its leaves under anthropogenic influence. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2018, vol. 160, no. 1, pp. 67–77. (In Russian)

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.