2020 год

Впервые у березы повислой выявлен механизм поддержания гомеостаза ауксина (синтез, транспорт, конъюгация) при дифференцировке структурных элементов древесины. На анатомическом уровне ксилема узорчатых деревьев карельской березы демонстрируют черты ауксин-дефицитного фенотипа (снижено количество сосудов). При этом выявлено, что формирование ксилемы происходит на фоне сверхэкспрессии генов, участвующих как в биосинтезе и транспорте ауксина, так и в его конъюгации. Сделан вывод о том, что инактивация ауксина играет более значительную роль в формировании узорчатой древесины, чем локальный биосинтез гормона. Причиной сверхэкспрессии генов в тканях ствола карельской березы, вероятно, является активное поступление в клетки гексоз (глюкоза, фруктоза), образующихся в результате расщепления сахарозы апопластной инвертазой. По результатам исследований опубликована статья: Tarelkina T, Novitskaya L., Galibina N., Moshchenskaya Y., Nikerova K., Nikolaeva N., Sofronova I., Ivanova D., Semenova L. (2020) Expression Analysis of Key Auxin Biosynthesis, Transport, and Metabolism Genes of Betula pendula with Special Emphasis on Figured Wood Formation in Karelian Birch // Plants, 9(11), 1406; https://doi.org/10.3390/plants9111406 (лаб. физиологии и цитологии древесных растений и лаб. аналитическая).

Выполнены пространственно-временные реконструкции пожарной активности для территории Северной Европы. Установлена зависимость между изменчивостью климата, биогеографическими особенностями территории и региональными пожарными режимами на трех модельных участках (Центральная Швеция, Республика Карелия, Республика Коми). Результаты дендрохронологических анализов свидетельствуют о максимальной пожарной активности в бореальных лесах Европы в так называемый Малый ледниковый период (середина 1500-х – конец 1700-х), независимо от наличия поселений человека. Палеолимнологические реконструкции показали приуроченность вековых смен растительности к изменениям климатических режимов и ключевую роль пожаров в ускорении таких смен в голоцене. Результат важен для прогнозирования динамики лесов в условиях меняющегося климата. По результатам исследований опубликованы статьи: 1. Ryzhkova N, Pinto G, Kryshen’ A, Bergeron Y, Ols C, Drobyshev I. 2020. Multi-century reconstruction suggests complex interactions of climate and human controls of forest fire activity in a Karelian boreal landscape, North-West Russia // Forest Ecology and Management 459: 117770. 2. Barhoumi C, Ali A, Peyron O, Dugergil L, Borisova O, Drobyshev I, Subetto G, Kryshen' A., Ryzhkova N. Joannin S. 2020. Did long-term fire control the coniferous boreal forest composition of northern Ural region // Journal of Biogeography 47: 2426-2441. 3. Pinto G., Niklasson M., Ryzhkova N. & Drobyshev I. A 500-year history of forest fires in Sala area, central Sweden, shows the earliest known onset of fire suppression in Scandinavia // Regional Environmental Change 20:130. 2020. (лаб. динамики и продуктивности таежных лесов).

Проанализировано изменение климатических параметров, определяющих репродуктивный потенциал короеда-типографа (Ips typographus), в Европейской части России за период 1960-2016 гг. Показано стойкое повышение годовых значений сумм эффективных температур (выше +5оС) на всей территории исследования в течение последних 30-ти лет. Отмечено смещение границы температурных условий, благоприятных для формирования двух поколений короеда-типографа (1500 градус-дней), в северном направлении на 450 км. Формирование двух поколений является условием вспышки численности вредителя, что может стать причиной масштабного усыхания еловых лесов. Результат может быть использован для прогноза массового размножения короеда-типографа в средней и южной подзонах тайги и разработки методов его предотвращения. По результатам исследований опубликована статья: Romashkin I.V., Neuvonen S., Tikkanen O.-P. Northward shift in temperature sum isoclines may favour Ips typographus outbreaks in European Russia. Agricultural and Forest Entomology. 2020. V. 22, Is. 3, P. 238-249. DOI 10.1111/afe.12377 (лаб. динамики и продуктивности таежных лесов).

Описан новый род Coelosynapha Kjaerandsen, Polevoi & Salmela (Diptera, Mycetophilidae) с циркумполярным голарктическим распространением. Описание нового рода во многом стало возможным благодаря развитию методов молекулярной идентификации. При сравнении ДНК штрих-кодов палеарктических экземпляров неизвестного вида с уже имеющимися в базе данных проекта BOLD (Barcode of Life Data) были выявлены генетически сходные экземпляры другого неизвестного вида из Северной Америки. Морфологические исследования подтвердили, что оба вида действительно близки и могут быть отнесены к одному роду. На сегодня род включает два вида – Coelosynapha loici, известный из Северной Скандинавии, а также ряда регионов России и Coelosynapha heberti, известный из Канады. Новый род принадлежит к подсемейству Gnoristinae, которое относится к числу наиболее трудных для классификации ветвей Mycetophilidae. Результаты работы международного коллектива позволяют не только по-новому взглянуть на систематику этого подсемейства, но также подчеркивают важность совмещения как классических морфологических исследований, так и новых молекулярных подходов в современной таксономии. По результатам исследований опубликована статья: Kjærandsen J., A. Polevoi, J. Salmela. Coelosynapha, a new genus of the subfamily Gnoristinae (Diptera: Mycetophilidae) with a circumpolar, Holarctic distribution // Biodiversity Data Journal. – 2020. – Vol. 8. – № e54834. – P. 1-28. DOI: https://doi.org/10.3897/BDJ.8.e54834 (лаб. ландшафтной экологии и охраны лесных экосистем)

На основе массива многолетних экспериментальных данных, полученных в среднетаежном сосняке черничном, создана математическая модель фотосинтеза с применением технологии сбалансированной идентификации. Модель последовательно усложнялась добавлением к факторам среды концентрации CO2, устьичной и мезофильной проводимости, темнового дыхания и других параметров. Мерой совершенствования модели являлось уменьшение среднеквадратичной ошибки кроссвалидации (σcv). С использованием модели проведены расчеты ассимиляции CO2 и показателя эффективности использования воды растениями в сосняке черничном. Результаты исследований важны для прогнозирования поглощения СО2 лесными экосистемами в условиях изменяющегося климата По результатам исследований опубликована статья: Sokolov A. V., Bolondinskii V. K. Data-driven modeling of stomatal, mesophyll, and biochemical regulation of Scots pine photosynthesis // Geochemistry International, 2020, Vol. 58, No. 10, pp. 1145–1158. DOI: 10.1134/S0016702920100146 (лаб. физиологии и цитологии древесных растений)

На основе изотопного анализа установлено, что в почвах ненарушенных лесов сообщество коллембол (ногохвосток) четко делится по типу питания. В органогенном и минеральном горизонтах среднетаежного сосняка брусничного выделены три трофические группировки: «микробофаги/фикофаги» (основные представители – Sminthuridae, Dicyrtomidae, Tomoceridae), «микробофаги» (Isotomidae, Entomobryidae, Onychiuridae) и «хищники/микробофаги» (Neanuridae). Показано, что большинство коллембол трофически связано с сапротрофными микроорганизмами. Наиболее специализированные трофические связи образуют коллемболы вида Neanura muscorum. Результаты расширяют представления о роли коллембол в функционировании почвенных трофических сетей и могут использоваться в качестве критериев степени нарушенности лесных экосистем. По результатам исследований опубликована статья: Сараева А.К. Структура таксоцена почвенных коллембол сосняка брусничного: эксперимент с угнетением микоризных грибов //Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2020. №5.С. C. 152-162. DOI: 10.36535/0235-5019-2020-07-3. (лаб. лесного почвоведения)

Определена зона влияния края лесного массива, как равная половине высоты дерева первого яруса. Результаты комплексных исследований (микроклимата, структуры напочвенного покрова, количества и высоты подроста, изменения радиального прироста деревьев, корненасыщенности верхних слоев почвы, структуры эпифитного покрова, плотности эктомикориз ели) показали, что зоны экотонного комплекса «ельник черничный – вырубка» обладают характерными особенностями. Размеры переходной зоны (опушки) незначительно варьируют по различным показателям в зависимости от экспозиции края леса, но в целом ее протяженность, как в сторону леса, так и в сторону вырубки соответствует примерно половине высоты деревьев первого яруса (8–10 м). Результат важен для обоснования способов рубок с сохранением экосистемных функций лесов. По результатам исследований опубликованы статьи: Геникова Н.В., Харитонов В.А., Пеккоев А.Н., Карпечко А.Ю., Кикеева А.В., Крышень А.М., Обабко Р.П. Особенности структуры сообществ экотонного комплекса ельник черничный – осинник злаково-разнотравный в условиях республики Карелия // Растительные ресурсы, 2020, Т. 56, вып. 2, стр. 151–164; Геникова Н.В., Крышень А.М. Динамика напочвенного покрова северотаежного ельника черничного в первые годы после рубки // Ботанический журнал. 2018. № 103(3). C. 364–381. (лаб. динамики и продуктивности таежных лесов)

Впервые в пирогенно трансформированных лесных экосистемах среднетаежной подзоны дана комплексная оценка состояния микробного сообщества почв. Через пять лет после низового пожара были выделены импактная (100% гибель растений) и буферная (до 50%) зоны пирогенного воздействия. Показано, что воздействие пожара приводит к изменению структурно-функциональной организации микробоценоза почв. Выявлено изменение численности микроорганизмов, осуществляющих круговорот азота и углерода. Уменьшение активности каталазы в верхнем органогенном горизонте, подверженного наибольшему пирогенному воздействию, свидетельствует о снижении микробиологической активности почв. Результаты могут быть использованы при проведении экологического мониторинга и послужить основой для создания балансовых моделей эмиссии-поглощения. По результатам исследований опубликована статья: Медведева М. В., Бахмет О. Н., Ананьев В. А., Мошников С. А., Мамай А. В., Мошкина Е. В., Тимофеева В. В. Изменение биологической активности почв в хвойных насаждениях после пожара в средней тайге Карелии // Лесоведение. 2020. № 6. С. 560–574 (лаб. лесного почвоведения и лаб. динамики и продуктивности таежных лесов)

Предложен способ получения торфяного субстрата с включением водопроводного осадка (ВПО), ориентированный на повышение качества сеянцев, ресурсосбережение и экологизацию лесного сектора экономики. ВПО понижает кислотность торфяного субстрата, что позволяет использовать его как замену известкующему материалу. Показана высокая алюмотолерантность проростков Pinus sylvestris L позволяющая культивировать сосну в условиях токсичной для многих видов растений концентрации ионов Al3+ в почвенном растворе. Установлено, что добавление ВПО водоочистных сооружений в определенных дозах в контейнерный субстрат ускоряет рост сеянцев Pinus sylvestris L. и формирование микоризы. Применение ВПО в качестве добавки в субстрат для выращивания сеянцев сосны может использоваться как способ утилизации отходов водоочистки.
Способ готов к практическому применению. По результатам исследований опубликована статья: Егорова А.В., Чернобровкина Н.П., Робонен Е.В., Савельев Л.А., Зайцева М.И., Терновой А.Н. Влияние органоминерального алюмосодержащего субстрата на рост и микоризообразование сеянцев сосны обыкновенной //Лесоведение. 2020. №1. C. 76-86. DOI: 10.31857/S0024114820010040 (лаб. лесных биотехнологий и лаб. динамики и продуктивности таежных лесов)

Модифицирован спектрофотометрический метод определения содержания L-аргинина на основе хромогенной реакции Сакагучи для экспресс-анализа образцов хвои Pinus sylvestris L. с широким диапазоном концентраций. Метод испытан на двух хромогенных реагентах, определены рабочие диапазоны концентраций L-аргинина в экстрактах в связи с их спецификой. Выявлены экстрагенты, обеспечивающие максимальное извлечение L-аргинина из хвои. Достоверность результатов обеспечена параллельным анализом тестируемых экстрактов на аминокислотном анализаторе. Метод адаптирован для рутинного анализа в скрининговых и оптимизационных исследованиях при разработке технологий обогащения L-аргинином древесной зелени хвойных растений. По результатам исследований опубликована статья: Чернобровкина Н.П., Робонен Е.В., Никерова К.М., Галибина Н.А., Макарова Т.Н., Репин А.В. Определение содержания L-аргинина в хвое сосны обыкновенной с использованием метода Сакагучи // Химия растительного сырья. 2020. №3. С. 245–254. DOI: 0.14258/jcprm.2020036645 (лаб. лесных биотехнологий и аналитическая лаборатория).