The change in the structure of hydrogen bonds in elm wood due to damage by European elm bark beetle Scolytus multistriatus (Marsham) (Coleoptera: Curculionidae, Scolytinae)

Водородная связь (Н-связь) обеспечивает необходимую гибкость и устойчивость биологических систем, в том числе древесины. Для исследования энергии и концентрации Н-связей в древесине возможно применение ИК-спектроскопии. В этом случае судить о природе гидроксильных групп можно опираясь на величины длин и энергий Н-связей, известных для водородных связей в целлюлозе, лигнине и других компонентах древесины, которые были исследованы ранее [Иванов-Омский и др., 2017; Иванова и др., 2016]. Особенный интерес представляет решение задачи об изменении прочности и иных свойств древесины при отмирании дерева в случае повреждения биологическими агентами. В данном исследовании поставлена задача – исследовать влияние повреждений короедов на структуру водородных связей древесины. Объектом исследования выбран вяз Ulmusglabra Huds, заселённый струйчатым заболонником. Этот короед является вектором распространения голландской болезни ильмовых в Санкт-Петербурге. Срезы для спектрального анализа взяты с поверхности заболони вяза, заселённого короедом. Полученные результаты показали, что на повреждённых заболонником участках происходит разрушение наиболее сильной межмолекулярной связи, обеспечивающей соединение молекул целлюлозы и, соответственно, прочность ствола. Увеличивается и концентрация внутримолекулярных связей, что может означать принципиальные изменения в водном обмене клеток древесины, связанные с разрушением аквапоринов. Это явление может быть связано с ответной реакцией вяза на нарушение движения растворов по сосудам при механическом разрушении древесины во время питания короедов и/или попаданием ферментов их слюнных желёз, амилазы или других карбогидраз. Не исключено попадание в древесину и других ферментов, например продуцируемых симбионтами короедов. Hydrogen bond (H-bond) provides the necessary flexibility and stability of biological systems, including wood. It is possible to use Infrared spectroscopy to study the energy and concentration of H-bonds in wood. In this case, it is possible to assess the nature of the hydroxyl groups based on the lengths and energies of H-bonds, known for hydrogen bonds in cellulose, lignin and other wood components, which had been studied earlier [Ivanov-Omskiy et al., 2017; Ivanova et al., 2016]. Of special interest is the solution of the problem of changing the strength and other properties of wood when the tree dies in case of damage by biological agents. In this paper, the task was to study the effect of damage by bark beetles on the structure of hydrogen bonds of wood. The object of research was elm Ulmus glabra Huds infested by the European elm bark beetle Scolytus multistriatus. This bark beetle is the vector of Dutch elm disease in St. Petersburg. Sections for spectral analysis are taken from the surface of the elm sapwood inhabited by bark beetle. The obtained results showed that on the sites damaged by the sapwood, the strongest intermolecular bond (which binds the cellulose molecules together and ensures the strength of the trunk) breaks down. The concentration of intramolecular bonds also increases. This means a fundamental change in the water metabolism of wood cells, associated with the destruction of aquaporins. This phenomenon may be related to the response of the elm to the violation of the movement of solutions through vessels during mechanical destruction of wood during the feeding of bark beetles and/or the ingestion of enzymes from their salivary glands, amylase or other carbohydrases. It is also possible that other enzymes (such as those produced by the beetles’ symbionts) come into contact with wood.