Азотные удобрения вредят карельской березе

Карельская берёза славится своей узорчатой древесиной. К сожалению, ареал ее обитания невелик. Специалисты Института леса Карельского научного центра Российской академии наук выяснили, почему эта ценная порода не растёт на плодородных землях: высокое содержание почвенного азота мешает формированию узоров, и вместо карельских вырастают самые обычные берёзки. Результаты исследований опубликованы в журнале «Онтогенез» (Галибина Н.А., Новицкая Л.Л., Никерова К.М. «Избыток экзогенных нитратов подавляет формирование аномальной древесины у карельской берёзы». Онтогенез, 2016, том 47, № 2, с. 83–91).

Карельская берёза (Betula pendula var. carelica) представляет собой особую форму берёзы повислой. Узорчатая древесина образуется в результате аномалий развития дерева. Обычная берёза, как и любое дерево, растёт в толщину за счёт деления и дифференцировки клеток камбия, которые формируют структурные элементы флоэмы (ткань, по которой органические вещества поступают из листьев в корни) и ксилемы (ткань, по которой вода и минеральные соли движутся от корней в надземные части растения). Именно ксилема (древесина) образует основной массив дерева.

У карельской берёзы образование ксилемы нарушено, вместо сосудов и волокон древесины клетки камбия формируют скопления запасающей ткани (паренхимы).

Нормальное строение древесины при этом нарушается, а на спилах дерева образуются красивые разводы, благодаря которым карельская берёза имеет такую ценность.

Карельская_берёза
Окоренная поверхность обычной берёзы (слева) и карельской (справа)

Исходным строительным материалом для образования древесины служит сахароза. Специалисты Института леса КарНЦ РАН определили активность расщепляющих сахарозу ферментов и обнаружили, что в тканях обычной и карельской берёзы они работают по-разному. У обычной берёзы в зоне формирования древесины фермент сахаросинтаза (СС) расщепляет сахарозу на фруктозу и УДФ-глюкозу, которая участвует в синтезе целлюлозы. У карельской берёзы активность СС снижена, и значительную часть сахарозы расщепляет другой фермент – апопластная инвертаза (АпИнв). При этом образуются фруктоза и глюкоза, они усиливают синтез запасных веществ, под влиянием которых камбий вместо ксилемы образует паренхиму.

У карельской березы есть ещё одна особенность. Она не образует густых лесов, а растёт одиночно или небольшими группами, причём очень требовательна к внешним условиям. Ей нужна высокая освещённость, среднесуточная температура не ниже 15º С и умеренная влажность почвы, при этом на очень бедных тундровых почвах карельская берёза не встречается, на относительно богатых – тоже.

Карельская_берёза
Тангентальный спил карельской берёзы (слева) и обычной (справа)

Исследователи предположили, что узорчатая древесина формируется только при определённом дефиците азота.

Для проверки этой гипотезы учёные наблюдали за шестилетними деревцами обычной и карельской берёзы. Их разделили на две группы, и в период роста опытные растения удобряли нитратом калия, а контрольные – нет. Спустя несколько дней исследователи анализировали пробы древесины у разных деревьев.

Оказалось, что в тканях обычной берёзы высокий уровень нитратов стимулирует активность сахаросинтаза, и дерево лучше растёт. Карельская берёза реагирует на азотные удобрения по-другому. Причина этого явления пока неясна. В ксилеме карельской берёзы активность СС и АпИнв снижается примерно в два раза. В результате прирост древесины уменьшается, и в ней совсем нет паренхимы, то есть узоров. Почти вся сахароза, поступающая из листьев, расходуется во флоэме, и у деревьев, произрастающих на плодородных почвах, толстая, порой даже грубая кора.

Карельская берёза вырастет на плодородной почве. Но это будет тонкое деревце с самой обычной древесиной и грубой корой.