MORPHOLOGICAL VARIABILITY OF LEAVES OF ACER NEGUNDO L. POPULATIONS IN THE ALTITUDINAL GRADIENT OF THE NORTH-WEST CAUCASUS (REPUBLIC OF ADYGEA)
Abstract
Background. The morphological structure variability of plant leaves gives an idea of plant adaptation. Understanding the adaptive strategies of invasive species, including Аcer negundo L. based on morphological mechanisms of adaptation in the altitude gradient is relevant for predicting of A. negundo behavior in the floodplain forests of Adygea and will be a basis for further study of A. negundo invasiveness in the North-West Caucasus.
Purpose. Identification of the morphological parameters variability of the leaf of Аcer negundo L. populations in the altitudinal gradient of the North-West Caucasus (The Republic of Adygea).
Materials and methods. Four populations of the invasive species A. negundo, growing in the Republic of Adygea territory (North-West Caucasus) at a height of 120 to 600 metres above sea level were the research material. Morphological features of the leaf (maximum length of the leaf blade, maximum width, angle between the central and lateral vein of the upper leaf) were measured with a caliper with an accuracy of ± 0.01 mm and a protractor with an accuracy of 1°; leaf thickness – by a Turgoromer-1 device with a measuring head of the TN10-60T system; leaf area calculation – using algorithms in Python 3.1. Statistical analysis of the morphological features variability was performed by means of descriptive statistics methods, principal component analysis, correlation analysis, variance and cluster analysis and linear regression with the programming language Python 3.11.1.
Results. Intrapopulation variability of morphological parameters of the four populations leaf of A. negundo in the altitudinal gradient of the North-West Caucasus (Republic of Adygea) at a height of 120 to 600 metres above sea level was at medium and high levels.
The interpopulation variability of morphological features of A. negundo (maximum length, width of the leaf blade, index of the leaf blade and fluctuating asymmetry) had a weak influence of the altitudinal gradient. Of all the natural and climatic factors, the morphological features of the A. negundo leaf are considerably influenced by altitude and precipitation, which is confirmed by the results of linear regression. The morphological differences of the populations most strongly differing in altitude and precipitation were confirmed by the method of principal components and cluster analysis.
Conclusion. The higher variability of traits for populations of A. negundo in different environmental conditions determined by the altitudinal gradient can be considered as a manifestation of adaptive morphogenesis, that indicates the high ecological plasticity of A. negundo and the ability to withstand the influence of changing environmental factors.
Downloads
References
Список литературы
Абдуллаева С.Д. Изменчивость количественных признаков листа Rubus idaeus L // Труды Дагестанского отделения Русского ботанического общества. Махачкала: АЛЕФ (ИП Овчинников М. А.), 2008. С. 34–37.
Акатов В.В., Акатова Т.В., Грабенко Е.А. Изменения верхней границы распространения акации белой и клена ясенелистного в долине реки Белая (Западный Кавказ) // Лесоведение. 2014. № 1. С. 21-33.
Акатова Т.В., Акатов В.В. Высотное распространение чужеродных видов растений на Западном Кавказе // Российский журнал биологических инвазий. 2019. Т. 12, № 2. С. 25-29.
Баранов С.Г., Бурдакова Н.Е. Оценка стабильности развития. Методические подходы. Владимир: Изд-во ВлГУ. 2015. 72 с.
Башмаков Д.И. Морфологические индексы листьев Betula pendula roth. как индикаторы загрязнения почв тяжелыми металлами // Российский журнал прикладной экологии. 2022. № 4(32). С. 28-35. https://doi.org/10.24852/2411-7374.2022.4.28.35
Викторов В.П. Внутривидовая изменчивость растений. М.: МПГУ, 2016. 174 с.
Виноградова Ю.К. Генотипическая изменчивость Acer negundo L. на протяжении Транссибирской магистрали // Российский журнал биологических инвазий. 2023. Т. 16. № 3. С. 19-29. https://doi.org/10.35885/1996-1499-16-3-19-29
Виноградова Ю.К., Майоров С.Р., Костина М.В. Клен ясенелистный (Acer negundo L.): морфология, биология и оценка инвазивности. М.: Товарищество научных изданий КМК. 2022. 2018 с.
Гелашвили Д.Б., Чупрунов Е.В., Иудин Д.И. Структурные и биоиндикационные аспекты флуктуирующей асимметрии билатерально симметричных организмов // Журнал общей биологии. 2004. Т. 65(5). С. 433–444.
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
Жуйкова Т.В., Мелинг Э.В., Попова А.С. Групповая изменчивость морфологических признаков листа Betula pendula Roth (Betulaceae, Magnoliópsida) в градиентах погодных условий и техногенной трансформации почв // Поволжский экологический журнал. 2023. № 1. С. 37-57. https://doi.org/10.35885/1684-7318-2023-1-37-57
Зайцев Г.М. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. М.: Наука, 1984. 424 с.
Захаров В.М., Зюганов В.В. К оценке асимметрии билатеральных признаков как популяционной характеристики // Экология. 1980. N1. С. 10–16.
Зернов А.С. Материалы к флоре российского Западного Кавказа. Сообщение 3. // Бюл. Моип, отд. Биол. 2003. Т. 108, вып. 3. С. 92–93.
Корона В.В., Васильев А.Г. Строение и изменчивость листьев растений: основы модульной теории. Екатеринбург: ИЭРиЖ УрО РАН, 2007. 280 с.
Кулахметов Р.М., Башмаков Д.И. Флуктуирующая асимметрия листьев клена американского в условиях г. Рузаевки // Промышленная ботаника. 2019. Т. 19. № 3. С. 59-63.
Майр Э. Популяция, виды и эволюция. М.: Мир, 1974. 460 с.
Мамаев С.А., Горчаковский С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений (на примере семейства Pinaceae на Урале). М.: Наука, 1972. 284 с.
Оценка состояния растений по стабильности развития в естественных и антропогенных условиях (флуктуирующая асимметрия признаков листа березы повислой Betula pendula Roth) / В.М. Захаров, Е.Г. Шадрина, Н.В. Турмухаметова [и др.] // Известия РАН. Серия биологическая, 2020. №2. С. 191–196. https://doi.org/10.31857/S0002332920020113
Ростова Н.С. Корреляции: структура и изменчивость. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2002. 308 с.
Савинов А.Б., Никитин Ю.Д., Ерофеева Е.А. Биоиндикационный аспект изменчивости листьев Асеr negundo L. при загрязнении городских почв тяжелыми металлами// Проблемы региональной экологии. 2018. № 5. С. 45-47. https://doi.org/10.24411/1728-323X-2019-15045
Соколова В. В. Инвазионный потенциал растений экспозиции флоры Кавказа в Главном ботаническом саду им. Н.В. Цицина РАН // Российский журнал биологических инвазий. 2022. Т. 15. № 4. С. 55-68. https://doi.org/10.35885/1996-1499-15-4-55-68
Тихонова Н.А., Тихонова И.В., Ямских И.В. Морфологическая изменчивость популяций Rhododendron dauricum L. в горах Южной Сибири // Turczaninowia. 2012. Т. 15. № 1. С. 40-44.
Уровень видовой полночленности и потенциал инвазибельности растительных сообществ Западного Кавказа: введение в проблему / В.В. Акатов, Т.В. Акатова, Ю.С. Загурная [и др.] // Проблемы устойчивости экономических и экологических систем: Региональный аспект. Майкоп: ООО "Качество", 2007. С. 84-100.
Чудновская Г.В., Чернакова О.В. Флуктуирующая асимметрия листа Acer negundo L. как индикатор состояния организма и качества городской среды // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2023. 28(2). 293-302. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-2-293-302
Biology of the invasive species Acer negundo L. in the conditions of the north-west caucasus foothills / E.M. Ednich, I.V. Chernyavskaya, T.N. Tolstikova, S.I. Chitao // Indian Journal of Science and Technology. 2015. Vol. 8. No. 30. P. 85426. https://doi.org/10.17485/ijst/2015/v8i30/85426
Chernyavskaya I., Ednich E., Belous O. Indicators of adaptability of representatives of the genus Acer in an urban environment // BIO Web of Conferences 67, 01007 (2023) https://doi.org/10.1051/bioconf/20236701007
Ex Situ Plant Conservation and Beyond / Havens K., Vitt P., Maunder M., Guerrant E.O., Dixon K. // BioScience. 2006. Vol. 56. Is. 6. P. 525–531. https://doi.org/10.1641/0006-3568(2006)56
Fluctuating asymmetry: methods, theory, and applications / J.H. Graham, S. Raz, H. Hel-Or, E. Nevo // Symmetry. 2010. Vol. 2. P. 466–540. https://doi.org/10.3390/sym2020466
Kvesić S, Hodžić MM, Čater M, Ballian D. Morphologic variability of the Acer campestre L. populations in Bosnia and Herzegovina //Acta Biologica Sibirica, 2021, Is. 7. P. 327-343. https://doi.org/10.3897/abs.7.e73001
Li Y.-Q., Wang Z.-H Leaf morphological traits: ecological function, geographic distribution and drivers // Chinese Journal of Plant Ecology, 2021, vol.45, Iss. 10. pp. 1154–1172. https://doi.org/10.17521/cjpe.2020.0405
Solomentseva A.S. Adaptive potential and phenotypic variability of Ribes species in the Lower Volga Region // Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. 2022. Vol. 14. No. 6. P. 338-355. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2022-14-6-338-355
References
Abdullaeva S.D. Trudy Dagestanskogo otdeleniya Russkogo botanicheskogo obshchestva [Proceedings of the Dagestan Branch of the Russian Botanical Society]. Makhachkala: ALEF (IP Ovchinnikov M. A.), 2008, pp. 34–37.
Akatov V.V., Akatova T.V., Grabenko E.A. Lesovedenie [Forestry], 2014, no. 1, pp. 21-33.
Akatova T.V., Akatov V.V. Rossiyskiy zhurnal biologicheskikh invaziy [Russian Journal of Biological Invasions], 2019, vol. 12, no. 2, pp. 25-29.
Baranov S.G., Burdakova N.E. Otsenka stabil'nosti razvitiya. Metodicheskie podkhody [Assessing development stability. Methodological approaches]. Vladimir: Izd-v VlSU, 2015, 72 p.
Bashmakov D.I. Rossiyskiy zhurnal prikladnoy ekologii [Russian Journal of Applied Ecology], 2022, no. 4(32), pp. 28-35.
Viktorov V.P. Vnutrividovaya izmenchivost' rasteniy [Intraspecific variability in plants]. Moscow: MPGU, 2016, 174 p.
Vinogradova Yu.K. Rossiyskiy zhurnal biologicheskikh invaziy [Russian Journal of Biological Invasions], 2023, vol. 16, no. 4, pp. 19-29. https://doi.org/10.35885/1996-1499-16-3-19-29
Vinogradova Yu.K., Mayorov S.R., Kostina M.V. Klen yasenelistnyy (Acer negundo L.): morfologiya, biologiya i otsenka invazivnosti [Ash maple (Acer negundo L.): morphology, biology and invasiveness assessment]. Moscow: KMK Publ., 2022, 2018 p.
Gelashvili D.B., Chuprunov E.V., Iudin D.I. Zhurnal obshchey biologii [Journal of General Biology], 2004, vol. 65(5), pp. 48-56.
Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul'tatov issledovaniy) [Methodology of field experiment (with the basics of statistical processing of research results]. Moscow: Agropromizdat, 1985, 351 p.
Zhuykova T.V., Meling E.V., Popova A.S. Povolzhskiy ekologicheskiy zhurnal [Volga Ecological Journal], 2023, no. 1, pp. 37-57. https://doi.org/10.35885/1684-7318-2023-1-37-57
Zaytsev G.M. Matematicheskaya statistika v eksperimental'noy botanike [Mathematical statistics in experimental botany]. Moscow: Science, 1984, 424 p.
Zakharov V.M., Zyuganov V.V. Ekologiya [Ecology], 1980, no. 1, pp. 10-16.
Zernov A.S. Byulleten' Moskovskogo obshchestva ispytateley prirody. Otdel biologicheskiy [Bulletin of the Moscow Society of Naturalists. Biological Series], 2003, vol. 108, vol. 3, pp. 92–93.
Korona V.V., Vasil'ev A.G. Stroenie i izmenchivost' list'ev rasteniy: osnovy modul'noy teorii [Plant leaf structure and variability: foundations of modular theory]. Ekaterinburg: Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2007, 280 p.
Kulakhmetov R.M., Bashmakov D.I. Promyshlennaya botanika [Industrial botany], 2019, vol. 19, no. 3, pp. 59-63.
Mayr E. Populyatsiya, vidy i evolyutsiya [Population, species and evolution]. Moscow: World, 1974, 308 p.
Mamaev S. A., Gorchakovskiy S. A. Formy vnutrividovoy izmenchivosti drevesnykh rasteniy (na primere semeystva Pinaceae na Urale) [Forms of intraspecific variability of woody plants (on the example of the Pinaceae family in the Urals)]. Moscow: Science, 1972, 284 p.
Zakharov V.M., Shadrina E.G., Turmukhametova N.V., Ivantsova E.N., Shikalova E.A., Soldatova V.Yu., Sharova N.A., Trofimov I.E. Izvestiya RAN. Seriya biologicheskaya [Biology Bulletin of the Academy of Sciences of the USSR], 2020, no. 2, pp. 191–196. https://doi.org/10.31857/S0002332920020113
Rostova N.S. Korrelyatsii: struktura i izmenchivost' [Correlations: structure and variability]. St. Petersburg: Izd-vo S.-Peterb. un-sta, 2002, 308 p.
Savinov A.B., Nikitin Yu.D., Erofeeva E.A. Problemy regional'noy ekologii [Problems of regional ecology], 2018, no. 5, pp. 45-47. https://doi.org/10.24411/1728-323X-2019-15045
Sokolova V.V. Rossiyskiy zhurnal biologicheskikh invaziy [Russian Journal of Biological Invasions], 2022, vol. 15, no. 4, pp. 55-68. https://doi.org/10.35885/1996-1499-15-4-55-68
Tikhonova N.A., Tikhonova I.V., Yamskikh I.V. Turczaninowia [Turczaninowia], 2012, vol. 15, no. 1, рр. 40-44.
Akatov V.V., Akatova T.V., Zagurnaya Yu.S., Mukhin I.N., Tuniev B.S., Chefranov S.G. Problemy ustoychivosti ekonomicheskikh i ekologicheskikh sistem: Regional'nyy aspekt [Problems of sustainability of economic and ecological systems: Regional aspect]. Maykop: LLC "Quality", 2007, pp. 84-100.
Chudnovskaya G.V., Chernakova O.V. Prirodnye resursy Arktiki i Subarktik [Arctic and Subarctic Natural Resources], 2023, 28(2), pp. 293-302. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2023-28-2-293-302
Ednich E.M., Chernyavskaya I.V., Tolstikova T.N., Chitao S.I. Biology of the invasive species Acer negundo L. in the conditions of the north-west caucasus foothills. Indian Journal of Science and Technology, 2015, vol. 8, no. 30, pp. 85426. https://doi.org/10.17485/ijst/2015/v8i30/85426
Chernyavskaya I., Ednich E., Belous O. Indicators of adaptability of representatives of the genus Acer in an urban environment. BIO Web of Conferences 67, 01007 (2023). https://doi.org/10.1051/bioconf/20236701007
Havens K., Vitt P., Maunder M., Guerrant E.O., Dixon K. Ex Situ Plant Conservation and Beyond. BioScience, 2006, vol. 56, no. 6, pp. 525–531. https://doi.org/10.1641/0006-3568(2006)56
Graham J.H., Raz S., Hel-Or H., Nevo E. Fluctuating asymmetry: methods, theory, and applications. Symmetry, 2010, vol. 2, pp. 466–540. https://doi.org/10.3390/sym2020466/
Kvesić S, Hodžić MM, Čater M, Ballian D. Morphologic variability of the Acer campestre L. populations in Bosnia and Herzegovina. Acta Biologica Sibirica, 2021, no. 7, pp. 327-343. https://doi.org/10.3897/abs.7.e73001
Li Y.-Q., Wang Z.-H Leaf morphological traits: ecological function, geographic distribution and drivers. Chinese Journal of Plant Ecology, 2021, vol. 45, no. 10, pp. 1154–1172. https://doi.org/10.17521/cjpe.2020.0405
Solomentseva A.S. Adaptive potential and phenotypic variability of Ribes species in the Lower Volga Region. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 2022, vol. 14, no. 6, pp. 338-355. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2022-14-6-338-355
Copyright (c) 2024 Evgenia M. Ednich, Irina V. Chernyavskaya, Tatyana N. Tolstikova, Mariet N. Khagur, Marat V. Aliev
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
