sevinПОВОЛЖСКИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛPovolzhskiy Journal of Ecology1684-73182541-8963Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН; Товарищество научных изданий КМК.10.35885/1684-7318-2019-3-348-359sevin-163Research ArticleСтатьиСостояние фотосинтетического аппарата древесных растений при повреждении галловыми клещамиStatus of the Photosynthetic Apparatus of Wood Plants Damaged by Gall Miteshttps://orcid.org/0000-0003-4454-677XПестовС. В.PestovS. V.

610000, Киров, Московская, 36; 167982, Сыктывкар, Коммунистическая, 28.

Sergey V. Pestov.

36 Moscow St., Kirov 610000; 28 Kommunisticheskaya St., Syktyvkar 167982.

atylotus@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8865-4743ОгородниковаС. Ю.OgorodnikovaS. Yu.

167982, Сыктывкар, Коммунистическая, 28.

Svetlana Yu. Ogorodnikova.

28 Kommunisticheskaya St., Syktyvkar 167982.

svetao_05@mail.ruВятский государственный университет; Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАНРоссияVyatka State University; Institute of Biology, Komi Scientifc Center, Ural Division of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут биологии Коми научного центра Уральского отделения РАНРоссияInstitute of Biology, Komi Scientifc Center, Ural Division of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20193112201903348359Copyright © Пестов С.В., Огородникова С.Ю., 20202020Пестов С.В., Огородникова С.Ю.Pestov S.V., Ogorodnikova S.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sevin.elpub.ru/jour/article/view/163

Приводятся данные о влиянии галловых клещей на состояние фотосинтетического аппарата листьев древесных растений. Сбор материала проводили на территории Дендропарка лесоводов Кировской области, который расположен в черте г. Киров (подзона южной тайги). Для выявления степени повреждения растений галловыми клещами с каждого участка собирали 100 листьев (по 10 листьев с 10 деревьев). На участках с наибольшей степенью поражения  галлообразователями  случайным  образом  отбирали  по  50  поврежденных  и 50 неповрежденных листьев, измеряли длину и ширину листа. Листья для определения фотосинтетических пигментов отбирали в первой половине дня (10:00 – 12:00). Пробы листьев (0.15 – 0.25 г) фиксировали кипящим 100%-ным ацетоном. Содержание пластидных пигментов в экстракте оценивали с использованием спектрофотометра SPEKOL 1300 (Analytik Jena, Германия). Хлорофилл а, b и каротиноиды определяли при длинах волн 662, 644 и 470 нм соответственно. На исследованной территории на листьях встречено шесть видов галловых клещей, которые широко распространены в пределах ареала деревьев. Повреждения листьев на липе вызваны Eriophyes leiosoma и E. tiliae, на черёмухе – E. padi, на осине – Aceria varia, на рябине – E. sorbi и на вязе – E. ulmicola. Все выявленные виды галлообразователей представлены монофагами. Наиболее многочисленными видами были черемуховый клещ (E. padi) и рожковый липовый клещ (E. tiliae). Поражение листьев галловыми клещами не оказывало существенного влияния на размеры листьев, но приводило к изменениям в пигментном комплексе. Заселение листьев фитофагами вызывало снижение содержания пластидных пигментов в листьях деревьев. Среди изученных растений более чувствительными к поражению галлами были липа и черёмуха, в меньшей степени происходили изменения в пигментном фонде при поражении клещами листьев вяза, рябины и осины. Выявленные изменения фотосинтетического аппарата древесных растений при повреждении галлообразователями указывают на опасность данной группы филлофагов для древесных насаждений на урбанизированных территориях.

The paper presents data on the effect of gall mites on the state of the photosynthetic apparatus of the leaves of woody plants. The material was collected in the territory of the Dendropark of foresters of the Kirov region, located within the city of Kirov (a sub-zone of the southern taiga). To estimate the plant damage degree by gall mites, 100 leaves were collected from each site (10 leaves from each of 10 trees). At the sites with the greatest degree of damage by galling agents, 50 damaged and 50 unaffected leaves were randomly selected, whose length and width were measured. Leaves for the analysis of photosynthetic pigments were selected in the first half of the day (10:00–12:00). Leaf samples (0.15–0.25 g) were fixed with 100% boiling acetone. Plastid pigment content in the extraction was assessed using a SPEKOL 1300 spectrophotometer (Analytik Jena, Germany). Chlorophyll a, b, and carotenoids were analyzed at the wavelengths of 662, 644, and 470 nm, respectively. In the studied area, six species of gall mites widely distributed within the tree range were found on the leaves. Leaves on the linden were damaged by Eriophyes leiosoma and E. tiliae, on the bird cherry tree were by E. padi, on the aspen tree – by Aceria varia, on the rowan tree – by E. sorbi, and on the elm tree – by E. ulmicola. All the identified gall-forming species were monophagous. The most numerous species were the bird-cherry tick (E. padi) and the carob lime tick (E. tiliae). Leaf damage by gall mites did not significantly affect the size of the leaves, but led to changes in the pigment complex. The colonization of leaves with phytophages caused a decrease in the content of plastid pigments therein. Among the plants studied, the linden and bird cherry were more susceptible to damage by the galls; to a lesser extent, there were changes in the pigment fund under the action of the ticks of elm, ash and aspen. The revealed changes in the photosynthetic apparatus of woody plants when damaged by gall mites indicate the danger of this group of phyllophages for tree plantings in urbanized areas.

галловые клещидревесные растенияхлорофиллыкаротиноидыурбанизированные территорииgall miteswoody plantschlorophyllscarotenoidsurban areasРабота выполнена в рамках государственного задания Института биологии Коми НЦ УрО РАН по теме «Оценка и прогноз отсроченного техногенного воздействия на природные и трансформированные экосистемы подзоны южной тайги» (№ гос. регистрации АААА-А17-117121990125-5).This work was carried out as part of the state order of the Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences “Assessment and Forecast of Delayed Technogenic Impact on Natural and Transformed Ecosystems of the Southern Taiga Subzone” (state registration number AAAA-A17-117121990125-5).ReferencesАникин В. В., Никельшпарг М. И., Никельшпарг Э. И., Конюхов И. В. Фотосинтетическая активность у повилики Cuscuta campestris (Convolvulaceae) при заселении растения галлообразователем-долгоносиком Smicronyx smreczynskii (Coleoptera, Curculionidae) // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2017. Т. 17, №. 1. С. 42 – 47. DOI: 10.18500/1816-9775-2017-17-1-42-47Anikin V. V., Nikelshparg М. I., Nikelshparg E. I., Konyukhov I. V. Photosynthetic Activity of the Dodder Cuscuta сampestris (Convolvulaceae) in Case of Plant Inhabitation by the Gall-formed Weevil Smicronyx smreczynskii (Coleoptera, Curculionidae). Izv. Saratov Univ. N. S., Ser. Chemistry. Biology. Ecology, 2017, vol. 17, iss. 1, pp. 42–47 (in Russian). DOI: 10.18500/1816-9775-2017-17-1-42-47 (in Russian).Дымова О. В., Головко Т. К. Фотосинтетические пигменты: функционирование, экология, биологическая активность // Изв. Уфим. науч. центра РАН. 2018. № 3(4). С. 5 – 16. DOI: 10.31040/2222-8349-2018-4-3-5-16Dymova O. V., Golovko T. K. Photosynthetic pigments: functioning, ecology, biological activity. Izvestiya of the Ufa Research Center of the Russian Academy of Sciences, 2018, no. 3 (4), рp. 5–16 (in Russian). DOI: 10.31040/2222-8349-2018-4-3-5-16Глушакова А. М., Качалкин А. В. Эндофитные дрожжи в листовых галлах // Микробиология. 2017. Т. 86, № 2. С. 239 – 246. DOI: 10.7868/S0026365617020094Glushakova A. M., Kachalkin A.V. Endophytic yeasts in leaf galls. Microbiology, 2017, vol. 86, no. 2, рр. 250–256.Маслова Т. Г., Попова И. А., Попова О. Ф. Критическая оценка спектрофотометрического метода количественного определения каротиноидов // Физиология растений. 1986. Т. 39, № 6. С. 615 – 619.Maslova T. G., Popova I.A., Popova O.F. Critical assessment of the spectrophotometric method for quantitative determination of carotenoids. J. of Plant Physiology, 1986, no. 6, pp. 615–619 (in Russian).Пестов С. В., Тычинкина И. Г., Огородникова С. Ю. Влияние галловых клещей на состояние ассимиляционного аппарата липы сердцевидной // Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2018. № 44. С. 188 – 201. DOI: 10.17223/19988591/44/11Pestov S. V, Tychinkina I. G., Ogorodnikova S. Yu. The effect of gall mites on the condition of Tilia cordata assimilation apparatus. Tomsk State University J. of Biology, 2018, no. 44, pp.188–201 (in Russian). DOI: 10.17223/19988591/44/11Попова И. А., Маслова Т. Г., Попова О. Ф. Особенности пигментного аппарата растений различных ботанико-географических зон // Эколого-физиологические исследования фотосинтеза и дыхания растений / под ред. О. А. Семихатовой Л. : Наука. Ленингр. отд-ние, 1989. С. 115 – 129.Popova I. A., Maslova T. G., Popova O. F. Features of the pigment apparatus of plants of different botanical and geographical zones. In: Ekologo-fiziologicheskie issledovaniia fotosinteza i dykhaniia rastenii. Pod red. O. A. Semikhatovoi [O. A. Semikhatovа, ed. Ecological and physiological studies of photosynthesis and respiration of plants]. Leningrad, Nauka Publ., 1989. pp. 115–129 (in Russian).Черненькова Т. В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение. М. : Наука, 2002. 191 с.Chernenkova T. V. Reaktsiia lesnoi rastitel'nosti na promyshlennoe zagriaznenie [The reaction of forest vegetation to industrial pollution]. Moscow, Nauka Publ., 2002. 191 p. (in Russian).Четвериков Ф. Е., Вишняков А. Э., Додуева И. Е., Лебедева М. А., Сухарева С. И., Шаварда А. Л. Галлогенез, индуцируемый четырехногими клещами (Acariformes: Eriophyoidea) // Паразитология. 2015. Т. 49, № 5. С. 365 – 375.Chetverikov P. E., Vishyakov A. E., Dodueva I. T., Osipova M. A., Sukhareva S. I., Shavarda A. L. Gallogenesis induced by Eriophyoids (Acariformes: Eriophyoidea). Entomological Review, 2015, vol. 95, no. 8, pp. 1137–1143.Carneiro R. G. S., Castro A. C., Isaias R. M. S. Unique histochemical gradients in a photosynthesis-deficient plant gall // South African J. of Botany. 2014. Vol. 92. P. 97 – 104. DOI: 10.1016/j.sajb.2014.02.011Carneiro R. G. S., Castro A. C., Isaias R. M. S. Unique histochemical gradients in a photosynthesis-deficient plant gall. South African J. of Botany, 2014, vol. 92, pp. 97–104. DOI: 10.1016/j.sajb.2014.02.011Dias G. G., Moreira G. R. P., Ferreira B. G., Isaias R. M. S. Why do the galls induced by Calophya duvauae Scott on Schinus polygamus (Cav.) Cabrera (Anacardiaceae) change colors? // Biochemical Systematic and Ecology. 2013. Vol. 48. P. 111 – 122. DOI: 10.1016/j.bse.2012.12.013Dias G. G., Moreira G. R. P., Ferreira B. G., Isaias R. M. S. Why do the galls induced by Calophya duvauae Scott on Schinus polygamus (Cav.) Cabrera (Anacardiaceae) change colors? Biochemical Systematic and Ecology, 2013, vol. 48, pp. 111–122. DOI: 10.1016/j.bse.2012.12.013Huang M.-Y., Chou H.-M., Chang Y.-T., Yang C.-M. The number of cecidomyiid insect galls affects the photosynthesis of Machilus thunbergii host leaves // J. of Asia-Pacific Entomology. 2014 a. Vol. 17, № 2. P. 151 – 154. DOI: 10.1016/j.aspen.2013.12.002Huang M.-Y., Chou H.-M., Chang Y.-T., Yang C.-M. The number of cecidomyiid insect galls affects the photosynthesis of Machilus thunbergii host leaves. J. of Asia-Pacific Entomology, 2014 a, vol. 17, no. 2, pp. 151–154. DOI: 10.1016/j.aspen.2013.12.002Huang M.-Y., Huang W.-D., Chou H.-M., Chen C.-C., Chang Y.-T., Yang C.-M. Herbivorous insects alter the chlorophyll metabolism of galls on host plants // J. of Asia-Pacific Entomology. 2014 b. Vol. 17, № 3. P. 431 – 434. DOI: 10.1016/j.aspen.2014.04.004Huang M.-Y., Huang W.-D., Chou H.-M., Chen C.-C., Chang Y.-T., Yang C.-M. Herbivorous insects alter the chlorophyll metabolism of galls on host plants. J. of Asia-Pacific Entomology, 2014 b, vol. 17, no. 3, pp. 431–434. DOI: 10.1016/j.aspen.2014.04.004Isaias R. M. S., Oliveira D. C., Moreira A. S. F. P., Soares G. L. G., Carneiro R. G. S. The imbalance of redox homeostasis in arthropod-induced plant galls: Mechanisms of stress generation and dissipation // Biochimica et Biophysica Acta. 2015. Vol. 1850, № 8. P. 1509 – 1517. DOI: 10.1016/j.bbagen.2015.03.007Isaias R. M. S., Oliveira D. C., Moreira A. S. F. P., Soares G. L. G., Carneiro R. G. S. The imbalance of redox homeostasis in arthropod-induced plant galls: Mechanisms of stress generation and dissipation. Biochimica et Biophysica Acta, 2015, vol. 1850, no. 8, pp. 1509–1517. DOI: 10.1016/j.bbagen.2015.03.007Karioti A., Tooulakou G., Bilia A. R., Psaras G. K., Karabourniotis G., Skaltsa H. Erinea formation on Quercus ilex leaves: Anatomical, physiological and chemical responses of leaf trichomes against mite attack // Phytochemistry. 2011. Vol 72, № 1 – 2. P. 230 – 237. DOI: 10.1016/j.phytochem.2010.11.005Karioti A., Tooulakou G., Bilia A. R., Psaras G. K., Karabourniotis G., Skaltsa H. Erinea formation on Quercus ilex leaves: Anatomical, physiological and chemical responses of leaf trichomes against mite attack. Phytochemistry, 2011, vol. 72, no. 1–2, pp. 230–237. DOI: 10.1016/j.phytochem.2010.11.005Khattab H., Khattab I. Responses of Eucalypt Trees to the Insect Feeding (Gall-Forming Psyllid) // International J. of Agriculture and Biology. 2005. Vol. 7, № 6. P. 979 – 984.Khattab H., Khattab I. Responses of Eucalypt Trees to the Insect Feeding (Gall-Forming Psyllid). International J. of Agriculture and Biology, 2005, vol. 7, no. 6, pp. 979–984.Kmieć K., Rubinowska K., Michałek W., Sytykiewicz H. The effect of galling aphids feeding on photosynthesis photochemistry of elm trees (Ulmus sp.) // Photosynthetica. 2018. Vol. 56, № 4. P. 989 – 997. DOI: 10.1007/s11099-018-0813-9Kmieć K., Rubinowska K., Michałek W., Sytykiewicz H. The effect of galling aphids feeding on photosynthesis photochemistry of elm trees (Ulmus sp.). Photosynthetica, 2018, vol. 56, no. 4, pp. 989–997. DOI: 10.1007/s11099-018-0813-9Lichtenthaler H. K. Chlorophylls and Carotenoids : Pigments of Photosynthetic Biomembranes // Methods in Enzymology. 1987. Vol. 148. P. 350 – 382.Lichtenthaler H. K. Chlorophylls and Carotenoids: Pigments of Photosynthetic Biomembranes. Methods in Enzymology, 1987, vol. 148, pp. 350–382.Motta L. B., Kraus J. E., Salatino A., Maria L. F. Distribution of metabolites in galled and non-galled foliar tissues of Tibouchina pulchra // Biochemical Systematics and Ecology. 2003. Vol. 33. P. 971 – 981. DOI: 10.1016/j.bse.2005.02.004Motta L. B., Kraus J. E., Salatino A., Maria L. F. Distribution of metabolites in galled and non-galled foliar tissues of Tibouchina pulchra. Biochemical Systematics and Ecology, 2003, vol. 33, pp. 971–981. DOI: 10.1016/j.bse.2005.02.004Oliveira D. C., Isaias R. M. S., Moreira A. S. F. P., Magalhães T. A., Lemos-Filho J. P. Is the oxidative stress caused by Aspidosperma spp. galls capable of altering leaf photosynthesis? // Plant Science. 2011. Vol. 180, № 3. P. 489 – 495. DOI: 10.1016/j.plantsci.2010.11.005Oliveira D. C., Isaias R. M. S., Moreira A. S. F. P., Magalhães T. A., Lemos-Filho J. P. Is the oxidative stress caused by Aspidosperma spp. galls capable of altering leaf photosynthesis? Plant Science, 2011, vol. 180, no. 3, pp. 489–495. DOI: 10.1016/j.plantsci.2010.11.005Skoracka A. Host specificity of eriophyoid mites: specialists or generalists? // Biological Letters. 2006. Vol. 43, № 2. P. 289 – 298.Skoracka A. Host specificity of eriophyoid mites: specialists or generalists? Biological Letters, 2006, vol. 43, no. 2, pp. 289–298.Skoracka A., Smith L., Oldfield G., Cristofaro M., Amrine J. W. Host-plant specificity and specialization in eriophyoid mites and their importance for the use of eriophyoid mites as biocontrol agents of weeds // Experimental and Applied Acarology. 2010. Vol. 51. P. 93 – 113. DOI: 10.1007/s10493-009-9323-6Skoracka A., Smith L., Oldfield G., Cristofaro M., Amrine J. W. Host-plant specificity and specialization in eriophyoid mites and their importance for the use of eriophyoid mites as biocontrol agents of weeds. Experimental and Applied Acarology, 2010, vol. 51, pp. 93–113. DOI: 10.1007/s10493-009-9323-6Yang C. M., Yang M. M., Huang M. Y., Hsu J. M., Jane W. N. Herbivorous insect causes deficiency of pigment-protein complexes in an oval-pointed cecidomyiid gall of Machilus thunbergii leaves // Botanical Bulletin of Academia Sinica. 2003. Vol. 44. P. 314 – 321.Yang C. M., Yang M. M., Huang M. Y., Hsu J. M., Jane W. N. Herbivorous insect causes deficiency of pigment-protein complexes in an oval-pointed cecidomyiid gall of Machilus thunbergii leaves. Botanical Bulletin of Academia Sinica, 2003, vol. 44, pp. 314–321.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.