Botanica Pacifica. A journal of plant science and conservation Preprint
Article first published online: 05 NOV 2019 | DOI: 10.17581/bp.2019.08212
Structural changes of bark of the woody liana Тoxicodendron orientale Greene (Anacardiaceae) in the extreme environments of gas-hydrothermal volcanic activity
Anna V. Kopanina & Inna I. Vlasova
Institute of Marine geology and Geophysics FEB RAS, Yuzhno-Sakhalinsk, Russia
We investigated the bark structure of woody liana Toxicodendron orientale Greene (Anacardiaceae) in ontogenesis and in the environmental factors of the gas-hydrothermal fields of Mendeleev volcano (Kunashir Island, Russian Far East). The following trends were found in liana ontogenesis: an increase in the diameter and length of the sieve-tube elements; sieve-tubes become rounded in cross section; an arrangement of clusters of the sieve-tube elements thereof contiguous with the axial and ray parenchyma and becomes more regular; and an increased volume of parenchyma in the conducting phloem. The age-specific transformations of the rest of the bark tissues are rather typical: dilation of the cortex parenchyma and the nonconducting phloem, sclerification of the parenchyma with isolated sclereid groups forming, obliteration of sieve-tubes etc. To study the structural changes of the cortex under environmental stress, we applied a comparative analysis of age trends to a large number of bark structural traits of the Toxicodendron orientale. Such age trends were created for traits of the bark in normal and stressful environments (sea coast and volcanic landscape). The structural changes of Toxicodendron orientale in response to extreme conditions near gas-hydrothermal springs are mainly related to the conducting phloem. Comparative analysis of the functional features of this tissue shows the following important trends for plants under extreme volcanic conditions: an inversion some of traits of the bark (bark thickness, secondary and conducting phloem width, total number of phloem rays, diameter and area of the sieve-tubes elements in the conducting phloem); a decrease of diameter and increase of length of the sieve-tubes elements in the conducting phloem; a diffuse arrangement of sieve-tubes in the conducting phloem in mature plants and also; a significant amount of the uniseriate rays.
Копанина А.В., Власова И.И. Структурные изменения коры Toxicodendron orientale Greene (Anacardiaceae) в условиях современной газогидротермальной вулканической активности. Изучена структура коры лианы сумаха восточного Тoxicodendron orientale Greene (Anacardiaceae) в онтогенезе. Сравнительный количественный анализ анатомических признаков коры позволил определить структурныe изменения в специфических условиях Верхнедокторских газогидротермальных источников (вулк. Менделеева, о-в Кунашир). На основе структурного анализа коры в разных возрастных состояниях лианы выявлены важные возрастные тенденции: увеличение диаметра и длины члеников ситовидных трубок; скругление ситовидных трубок в поперечном сечении; регулярное расположение и формирование кластеров ситовидных трубок, сопряженных с аксиальной и лучевой паренхимой; увеличение объема паренхимы в проводящей флоэме. Возрастные изменения остальных тканей коры достаточно типичны: дилатация паренхимы кортекса и непроводящей флоэмы, склерефикация паренхимы с образованием изолированных склереидных групп, облитерация ситовидных трубок и др. Для изучения структурных изменений коры в условиях природного стресса мы применили сравнительный анализ возрастных трендов для большого числа структурных признаков коры Toxicodendron orientale. Такие тренды были построены для признаков коры в нормальных и стрессовых условиях (морское побережье и вулканиеский ландшафт). Структурные изменения коры Тoxicodendron orientale в экстремальных условиях газогидротермальных источников в основном связаны прежде всего с проводящей флоэмой. Сравнительный анализ функциональных особенностей этой ткани показывает следующие важные тенденции у растений в экстремальных вулканических условиях: инверсия некоторых признаков коры (толщина коры, ширина вторичной и проводящей флоэмы, общее количество флоэмных лучей, диаметр и площадь ситовидных трубок в проводящей флоэме); уменьшение диаметра и увеличение длины члеников ситовидных трубок в проводящей флоэме; диффузное расположение ситовидных трубок в проводящей флоэме у взрослых растений, а также значительное количество однорядных лучей.
Keywords: Toxicodendron orientale, liana, bark anatomy, environmental stress, phloem, periderm, gas-hydrothermal spring, volcanic activity, age trend, structure changes, анатомия коры, флоэма, перидерма, газогидротермальные источники, вулканическая деятельность, адаптация
References
Alves, E.S. & V. Angyalossy-Alfonso 2000. Ecological trends in the wood anatomy of some Brazilian species. 1. Growth rings and vessels. IAWA Journal 21(1):3-30. CrossRef
Alves, E.S. & V. Angyalossy-Alfonso 2002. Ecological trends in the wood anatomy of some Brazilian species. 2. Axial parenchyma, rays and fibres. IAWA Journal 23(4):391-418. CrossRef
Angyalossy, V., G. Angelesb, M.R. Pace, A.C. Limaa, C.L. Dias-Lemed, L.G. Lohmanna & C. Madero-Vegab 2012. An overview on the anatomy, development and evolution of the vascular sys-tem of lianas. Plant Ecology & Diversity 5(2):167-182. CrossRef
Angyalossy, V., M.R. Pace, R.F. Evert, C.R. Marcati, A.A. Oskolski, T. Terrazas, E. Kotina, F. Lens, S.C. Mazzoni-Viveiros, G. Angeles, S.R. Machado, A. Crivellaro, K.S. Rao, L. Junikka, N. Nikolaeva & P. Baas 2016. IAWA list of microscopic bark features. IAWA Journal 37(4):517-615. CrossRef
Barykina, R.P., T.D. Veselova, A.G. Devyatov, H.H. Dzhalilova, G.M. Ilina & N.V. Chubatova 2004. Handbook of botanical micro-technology. Foundations and methods. Moscow, 312 pp. (in Russian). [Барыкина Р.П., Веселова Т.Д., Девятов А.Г., Джалилова Х.Х., Ильина Г.М., Чубатова Н.В. 2004. Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы. М. 312 с.].
Bortnikova, S.B., E.L. Bessonova, M.L. Gora, A.L. Shevko, G.L. Panin, I.L. El'tsov, R.E. Zharkov, T.A. Kotenko, S.L. Bortnikova, Yu.A. Manshtein, L.V. Kotenko, D.L. Kozlov, L.A. Abrosimova, Yu.G. Karin, E.V. Lospeeva & A.Yu. Kazanskii 2013. Gas-hydrothermal active volcanoes of Kamchatka and the Kuril Islands: composition, structure, genesis. Novosibirsk, 282 pp. (in Russian). [Бортникова С.Б., Бессонова Е.Л., Гора М.Л., Шевко А.Л., Панин Г.Л., Ельцов И.Л., Жарков Р.Е., Котенко Т.А., Бортникова С.Л., Манштейн Ю.А., Котенко Л.В., Козлов Д.Л., Абросимова Л.А., Карин Ю.Г., Лоспеева Е.В., Казанский А.Ю. 2013. Газогидротермы активных вулканов Камчатки и Курильских островов: состав, строение, генезис. Новосибирск. 282 с.].
Corothie, H. 1960. Wood anatomy of six genera of Anacardiaceae. Revista Forestal Venezolana 3(3/4):9-31.
Das, D.K. 1984. Wood anatomy of some timbers of Anacardiaceae of Bangladesh. Wood Anatomy Series, Forest Research Institute (Chittagong) (8):i+31+9pl.
De Mattos Filho, A. 1990. Taxonomy and wood anatomy of Apterokarpos gardneri and Loxopterygium sagotii (Anacardiaceae). Revista Brasileira De Biologia 50(2):433-442.
Dong, Zh. & P. Baas 1993. Wood anatomy of trees and shrubs from China. 5. Anacardiaceae. IAWA Journal 14(1):87-102. CrossRef
Eryomenko, N.A. & V.Yu. Barkalov 2009. Seasonal development of plants of the southern Kuril Islands. Dal'nauka, Vladivostok, 280 pp. (in Russian). [Ерёменко Н.А., Баркалов В.Ю. 2009. Сезонное развитие Южных Курильских островов. Владивосток: Дальнаука. 280 с.].
Eryomin, V.M. & A.V. Kopanina 2012. Atlas of the bark anatomy of trees, shrubs and lianas of Sakhalin and the Kuril Islands. Brest, 896 pp. (in Russian). [Ерёмин В.М., Копанина А.В. 2012. Атлас анатомии коры деревьев, кустарников и лиан Сахалина и Курильских островов. Брест. 896 с.].
Ewers, F.W. & J.B. Fisher 1991. Why vines have narrow stems: Histological trends in Bauhinia (Fabaceae). Oecologia 88:233-237. CrossRef
Fisher, J.B. & F.W. Ewers 1989. Wound healing in stems of lianas after twisting and girdling injuries. Botanical Gazette 150:251-265. CrossRef
Gartner, B.L. 1991. Structural stability and architecture of vines, shrubs of poison oak. Ecology 72(6):2005-2015. CrossRef
Gibson, A.C. 1981. Vegetative anatomy of Pachycormus (Anacardiaceae). Botanical Journal of the Linnean Society 83(4):273-284. CrossRef
Gimenez, A.M. & G. Moglia 1995. Bark structure of Argentine species of Anacardiaceae. Investigasión Agraria: Sisemas y Recursos Forestales 4(2):189-203.
Gladkova, G.A & G.K. Butovets 1988. Volcanic soils of Kunashir Island. Pochvovedenie 2:54-67 (in Russian). [Гладкова Г.А., Бутовец Г.К. 1988. Вулканические почвы острова Кунашир // Почвоведение. № 2. С. 54-67].
Gomez, C.L. 2009. Anatomy of the wood and bark of Attilaea abalak E. Martinez and Ramos, gen. and sp. nov. (Anacardiaceae). Acta Botanica Hungarica 51(1/2):75-83. CrossRef
Gupta, S. & M. Agarwal 2008. Wood anatomy of Anacardiaceae from India with special reference to systematic position of Rhus. IAWA Journal 29(1):79-106. CrossRef
Kopanina, A.V. & V.M. Eryomin 2011. Structural features of the bark of some bushes and shrubs under the conditions of hydrothermal activity of Kunashir Island volcanoes (Southern Kurile Islands). In: Materialy mezhdunarodnoi konferentsii "Strukturnye I funktsionalnye otkloneniya ot normalnogo rosta i razvitiya rastenii pod vozdeistviem factorov sredy", (L.L. Novitskaya, ed.), pp. 127-131, Karel'skii Nauchnyi Tsentr Rossiiskoi akademii nauk, Petrozavodsk (in Russian). [Копанина А.В., Еремин В.М. 2011. Структурные особенности коры некоторых кустарников и кустарничков в условиях гидротермальной активности вулканов острова Кунашир (Южные Курильские острова) // Материалы международной конференции «Структурные и функциональные отклонения от нормального роста и развития растений под воздействием факторов среды» / под ред. Л.Л. Новицкой. Петрозаводск: КарНЦ РАН. С. 127-131].
Kopanina, A.V., I.I. Vlasova & V.M. Eremin 2015. Structural adaptation of woody vine Toxicodendron orientale Greene in a gas-hydrothermal spring Mendeleev volcano (Kunashir Island, Southern Kuriles). In: Tezisy dokladov Vserossiiskoi konferencii s mezhdunarodnym uchastiem I shkoly dlya molodyh uchyonih «VIII s''ezd obshchestva fiziologov rastenii Rossii. Rasteniya v usloviyah global'nyh i lokal'nyh prirodnoklimaticheskih I antropogennyh vozdeistvii», (A.F. Titov, ed.), pp. 273, Karel'skii Nauchnyi Tsentr Rossiiskoi akademii nauk, Petrozavodsk (in Russian). [Копанина А.В., Власова И.И., Еремин В.М. 2015. Структурные адаптации древесной лианы Toxicodendron orientale Greene в условиях газогидротерм вулкана Менделеева (о-в Кунашир, Южные Курильские острова) // Тезисы докладов Всероссийской конференции с международным участием и школы для молодых ученых «VIII съезд общества физиологов растений России. Растения в условиях глобальных и локальных природно-климатических и антропогенных воздействий» / под ред. А.Ф. Титова. Петрозаводск:КарНЦ РАН. С. 273].
Kopanina, A.V., Vlasova, I.I., Vatserionova, E.O. 2017. Structural daptation of woody plants to the conditions of volcanic landscapes of the Kuril Islands. Vestnik Dal'nevostochnogo Otdeleniya Rossiiskoi Academii Nauk 1: 88-96 (in Russian). [Копанина А.В., Власова И.И., Вацерионова Е.О. Структурные адаптации древесных растений к условиям вулканических ландшафтов Курильских островов // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. № 1. С. 88-96].
Kopanina, A.V. 2019a. Structural features of bark and wood of Spiraea beauverdiana (Rosaceae) in the extreme conditions of Arctic and volcanic activity on the Kuril Islands. Sibirskii Lesnoi Zurnal 3:52-63 (in Russian). [Копанина А.В. 2019. Структурные особенности коры и древесины Spiraea beauverdiana (Rosaceae) в экстремальных условиях Арктики и поствулканической активности на Курильских островах // Сибирский лесной журнал. 3:52-63].
Kopanina A.V. 2019b. Woody plants in the environments of active volcanoes of Sakhalin and Kuril Islands: structural changes of bark tissues. In: Plant anatomy: traditions and perspectives. Materials of the International Symposium dedicated to the 90th anniversary of Prof. Ludmila Ivanovna Lotova, vol. 1, pp. 128-129, MAKS Press, Moscow.
Lotova, L.I. & A.K. Timonin 2005. Anatomy of a bark of Rosales: diversity, evolution, taxonomic significance. Tovarishchestvo nauchnykh izdaniy KMK, Moscow, 264 pp. (in Russian). [Лотова Л.И., Тимонин А.К. 2005. Анатомия коры розоцветных: разнообразие, эволюция, таксономическое значение. М: Товарищество научных изданий КМК. 264 с.].
Min'ko, A.A. 2004. Statistical analysis in MS Excel. Dialektika, Moscow, 448 pp. (in Russian). [Минько А.А. 2004. Статистический анализ в MS Excel. М: Диалектика. 448 с.].
Meng, Zh., W. Shuonan & H. Zhenghai 2012. Structure and development of phloem in Toxicodendron vernicifluum. Scientia, Silvae, Sinicie. Plate I-III 48(9):36-41 (in Chinese).
Mullendore, D.L., C.W. Windt, H. Van As & M. Knoblaucha 2010. Sieve tube geometry in relation to phloem flow. Plant Cell 22:579-593. CrossRef
Nedoluzhko, V.A. 1995. Anacardiaceae. In: Vascular plants of Soviet Far East, vol. 7 (S.S. Kharkevich, ed.), pp. 247-249, Nauka, Saint-Petersburg (in Russian). [Недолужко В.А. 1995. Фисташковые (Anacardiaceae). Сосудистые растения Советского Дальнего Востока / отв. ред. С.С. Харкевич. Санкт-Петербург: Наука. Т. 7. С. 247-249].
Novitskaya, L.L. 2008. Karelian birch: mechanisms of growth and development of structural anomalies. Verso, Petrozavodsk, 144 pp. (in Russian). [Новицкая Л.Л. 2008. Карельская береза: механизмы роста и развития структурных аномалий. Петрозаводск: Verso. 144 с.].
Pace, M.R., S. Alcantara, L.G. Lohmann & V. Angyalossy 2015. Secondary phloem diversity and evolution in Bignonieae (Bignoniaceae). Annals of Botany 116:333-358. CrossRef
Pace, M.R., L.G. Lohmann & V. Angyalossy 2011. Evolution of disparity between the regular and variant phloem in Bignonieae (Bignoniaceae). American Journal of Botany 98(4): 602-618. CrossRef
Pausas, J.G. 2015. Bark thickness and fire regimes. Functional Ecology 29(3):315-327. CrossRef
Poberezhnaya, Т.М. & А.V. Kopanina 2011. The biogeochemistry and anatomy of plants in areas of recent volcanism. Contemporary Problems of Ecology 4(2):212-217 (in Russian and English). [Побережная Т.М., Копанина А.В. 2011. Биогеохимические и анатомические особенности растений в местах проявления современного вулканизма // Сибирский экологический журнал. № 2. С. 285-292]. CrossRef
Prozina, M.N. 1960. Botanical micro-technology. Vysshaya shkola, Moscow, 206 pp. (in Russian). [Прозина М.Н. 1960. Ботаническая микротехника. М: Высшая школа. 206 с.].
Richardson, S.J., D.C. Laughlin, M.J. Lawes, R.J. Holdaway, J.M. Wilmshurst, M. Wright, T.J. Curran, P.J. Bellingham & M.S. McGlone 2015. Functional and environmental determinants of bark thickness in fire-free temperate rain forest communities. American Journal of Botany 102(1):1-9. CrossRef
Rosell, J.A., M. Castorena, C.A. Laws & M. Westoby 2015. Bark ecology of twigs vs. main stems: functional traits across eighty-five species of angiosperms. Oecologia 178(4): 1033-1043. CrossRef
Ruas, E.A., C.F. Ruas, P.S. Medri, C. Medri, M.E. Medri, E. Bianchini, J.A. Pimenta, L.A. Rodrigues & P.M. Ruas 2011. Anatomy and genetic diversity of two populations of Schinus terebinthifolius (Anacardiaceae) from the Tibagi River basin in Paraná, Brazil. Genetics and Molecular Research 10(1):526-536. CrossRef
Schafer, J.L., B.P. Breslow, M.G. Hohmann & W.A. Hoffmann 2015. Relative bark thickness is correlated with tree species distributions along a fire frequency gradient. Fire Ecology 11(1):74-87. CrossRef
Schweingruber, F.H. 2007. Wood Structure and Environment. Luxembourg, 279 pр.
Stasova, V.V., L.N. Skripalschikova, O.N. Zubareva & A.I. Tatarintsev 2011. Structure and development of Betula pendula (Betulaceae) trunk tissues under conditions of anthropogenic pollution. Rastitelnye Resursy 47(2):66-75 (in Russian). [Стасова В.В., Скрипальщикова Л.Н., Зубарева О.Н, Татаринцев А.И., 2011. Строение и развитие тканей ствола Betula pendula (Betulaceae) в условиях антропогенного загрязнения // Растительные ресурсы. Вып. 47, № 2. С. 66-75].
Suzuki, E. 1999. Diversity in specific gravity and water content of wood among Bornean tropical rainforest trees. Ecological Research 14:211-224. CrossRef
Terrazas, T. & T. Wendt 1995. Systematic wood anatomy of the genus Tapirira Aublet (Anacardiaceae) - a numerical approach. Brittonia 47(2):109-129. CrossRef
Zharkov, R.V. 2014. Thermal sources of southern Kuril Islands. Dal'nauka, Vladivostok, 378 pp. (in Russian). [Жарков Р.В. 2014. Термальные источники Южных Курильских островов. Владивосток: Дальнаука. 378 с.].
|
|