Оценка фотосинтетической площади поверхности ваий Dryopteris carthusiana (Dryopteridaceae)

Фотосинтетическая площадь поверхности – один из важнейших функциональных признаков растений, напрямую определяющий эффективность улавливания света и способность к ассимиляции углерода. Определение площади листовой поверхности необходимо для различных количественных физиологических и экологических исследований растений. При оценке интенсивности фотосинтеза, дыхания, транспирации, продуктивности растений получаемые величины рассчитывают на единицу листовой поверхности. Однако данных о площади вайи папоротников в литературе крайне мало (Derzhavina, 2014).

Цель данного исследования состояла в проведении оценки площади фотосинтетической поверхности ваий папоротника Dryopteris carthusiana (Vill.) H.P. Fuchs.

М АТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Dryopteris carthusiana – щитовник игольчатый, или шартрский, или картузианский – это папоротник, который занимает важное место в лесных сообществах умеренного климата, будучи крупным компонентом травяного покрова и самым часто встречаемым видом папоротников в Подмосковье (Kiseleva et al., 2001). Взрослый спорофит Dryopteris carthusiana – сравнительно крупный короткокорневищный розеточный вечнозеленый травянистый гемикриптофит. Вайи мономорфные простые длинночерешковые, располагаются в розетке почти вертикально по отношению к поверхности почвы, их число варьирует от четырех до десяти, чаще шесть-семь. Пластинка вайи мягкая зеленая, триждыперисторассеченная, треугольно-яйцевидная (Barabanshchikova, 2001).

Сбор ваий Dryopteris carthusiana проводили в конце июня 2024 года в Томилинском лесопарке, который находится в пределах городского округа Люберцы Московской области. Фитоценоз, в котором собирали материал, представлял собой сосновый лес с рябиноволещиновым подлеском и крупнопапоротниково-кисличным травяным покровом. В конце июня нами были срезаны 30 ваий с 30 спорофитов Dryopteris carthusiana средневозрастного генеративного (sp2) онтогенетического состояния (Shorina, 1994), то есть по одной полноценной спороносящей вайе с каждого спорофита. Ваий заложили в гербарную папку и быстро (в свежем состоянии) доставили к месту проведения их сканирования. Все вайи были отсканированы с мерной лентой на одинаковом высоком разрешении 1200 точек на дюйм и сохранены в формате jpg (рис.). Так как вайи достаточно крупные, то их перед сканированием разрезали на 2–3 части. Полученные изображения обрабатывали в программе ImageJ, предварительно разработав алгоритм анализа изображений и подобрав необходимые параметры, и затем вычисляли длину каждой ваий и площадь ее листовой пластинки. Результаты измерений заносили в таблицу в программе Microsoft Office Excel 2016, где осуществляли статистическую обработку данных.

Рис. Верхняя часть ваий Dryopteris carthusiana , сканированное изображение

Fig. Upper part of the fronds of Dryopteris carthusiana , scanned image

Р ЕЗУЛЬТАТЫ

Исследованные спорофиты Dryopteris carthusiana образовали в 2024 году от 5 до 8 ваий каждый. Проведенные с помощью программы ImageJ измерения показали, что площадь одной вайи варьировала от 201 до 489 см², а длина от 55 до 77 см (таблица). То есть между разными особями площадь ваий отличалась в 2.4 раза, а их длина в 1.4 раза. Среднее значение площади составило 379.44±27.20 см², а средняя длина вайи 69.98±2.04 см (доверительный интервал 95%).

Таблица. Результаты измерения ваий Dryopteris carthusiana

Table. Measurement results of Dryopteris carthusiana

О БСУЖДЕНИЕ

Н.М. Державиной (Derzhavina, 2014) были исследованы 30 видов папоротников из 9 семейств, и среди прочих параметров проведено вычисление площади ваий. Представители подобраны ею с таким расчетом, чтобы отразить многообразие папоротников, живущих в разных экологических условиях. Сравнение наших данных по Dryopteris carthusiana, который относится к гигромезофитам, с другими видами папоротников показывает, что только у эпифитного папоротника субсуккулентного типа Platycerium willinckii T. Moore площадь вайи больше – 584 см2. Однако в этой работе Н.М. Державина не приводит данных по типичным лесным видам папоротников средней полосы Европейской части России, а обнаружить их в других научных исследованиях нам не удалось. Отсутствие подобных данных затрудняет точную оценку диапазона изменчивости площади вайи у папоротников умеренных лесов. В будущем мы планируем провести сравнение площади фотосинтетической поверхности ваий разных видов лесных папоротников Подмосковья.

З АКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, площадь фотосинтетической поверхности одной ваий Dryopteris carthusiana в хвойных лесах Подмосковья составила в среднем около 380 см², а, с учетом наличия 6–7 ваий у каждой взрослой особи, площадь фотосинтетической поверхности одного средневозрастного спорофита достигает 2660 см². Щитовник игольчатый относится к широкотравью, то есть травянистым растениям с крупными листовыми пластинками, что позволяет ему эффективно улавливать свет в тенистых темнохвойных и смешанных лесах.