Anatomical, Morphological, and Physiological Features of Cyanolichen Peltigera praetextata (Florke ex Sommerf.) Z.pdf Введение Цианолишайники в настоящее время являются популярным объектом большинства направлений исследований в лихенологии. Они представляют собой группу лишайников (13-14%) [1], которые содержат цианобактерии в качестве основного фотобионта в талломе или дополнительного - в специальных структурах (цефалодиях) на его поверхности и вносят значительный вклад в азотный баланс различных экосистем, фиксируя азот от 1,5 до более чем 17 кгга-1тод-1 [2-5]. Структурные и физиологические особенности определяют чувствительность этой группы лишайников к изменениям условий местообитания, вызванным как природными, так и антропогенными факторами [6-11]. Так, например, нитрогеназная активность цианолишайников чутко реагирует на изменения среды, в том числе климатические [1213]. Существенный вклад в понимание причин уязвимости лишайников могут внести исследования хода их онтогенеза, а также структурных и физиологических показателей талломов, находящихся на разных онтогенетических стадиях. Кроме того, эти знания необходимы и для активно развивающихся в современной лихенологии популяционных исследований - онтогенетические характеристики являются необходимой основой для анализа структуры популяций и прогнозирования их состояния. Peltigera praetextata (Florke ex Sommerf.) Zopf - пельтигера окаймленная, относится к цианобионтным лишайникам семейства Peltigeraceae [14]. Вид широко распространен в бореальных сообществах и поселяется поверх мхов, на камнях, основаниях деревьев, почве и валеже [15]. Это крупный листоватый лишайник, фотобионтом которого являются цианобактерии рода Nostoc, расположенные в альгальном слое таллома. Таким образом, цианобактериальный компонент в талломе этого вида несёт двойную нагрузку, обеспечивая себя и микобионта продуктами фотосинтеза, а также осуществляя процесс азотфиксации. Вид P. praetextata является объектом разных исследований, согласно недавним из которых этот лишайник рекомендован как индикатор генотоксичности загрязнителей воздуха [16]. Кроме того, изучались также его фотосинтетическая активность [17-18], нитрогеназная активность [19], параметры водного режима талломов [20], устойчивость к загрязнению [21]. Следует отметить, что стадия онтогенеза талломов не учитывалась в исследованиях и сравнения между разными возрастными состояниями не проводились. Однако в ряде работ исследо-73 Ботаника / Botany ватели отмечают необходимость учитывать возрастную стадию таллома для лучшего понимания принципов взаимодействия компонентов лишайниковой ассоциации, формирования популяционной структуры и правильной оценки состояния популяции [22-24]. Выделение онтогенетических стадий и изучение физиологических параметров с привязкой к ним особенно важно для модульных организмов, поскольку это позволяет полностью охарактеризовать развитие лишайниковой ассоциации, ведь её онтогенетическое развитие включает в себя постоянное поддержание сложного динамического равновесия в системе модулей. Определение параметров без привязки к стадиям может привести к получению различных результатов для одного и того же вида [25-26]. Распространение вида P. praetextata, морфология таллома и чувствительность к условиям обитания делают его удобным объектом мониторинговых исследований влияния изменений параметров окружающей среды на организм на всех уровнях его организации. Исследования хода онтогенеза, изменения в течение времени структурно-физиологических особенностей талломов могут внести существенный вклад и в понимание уязвимости этого компонента экосистем на причинно-следственном уровне. Цель настоящего исследования - описание этапов онтогенеза цианолишайника Peltigera praetextata и выявление их некоторых структурных и физиологических особенностей. Материалы и методики исследования Талломы P. praetextata для исследования собраны со стволов осин в схожих экологических условиях смешанных осиново-еловых сообществ средней тайги на территории государственного природного заповедника «Кивач» (62°15'15,9"N, 33°58'746,1''E) в 2019 г., на постоянных пробных площадях [27] размером 1 га, на которых выполнены полные геоботанические описания сообществ по традиционной методике [28]. В лабораторных условиях образцы изучались с помощью бинокуляра «Микромед-МС2» (Россия), при этом регистрировались следующие признаки талломов: длина, ширина, наличие и длина ризин, наличие и ширина жилок, наличие филлидий и апотециев, число выемок и лопастей, форма, курчавость края, развитие войлока на поверхности. Для талломов фиксировались максимальные размеры изучаемого параметра. Анатомические параметры отдельных стадий (общая толщина таллома, толщина войлока, толщина корового слоя, толщина альгального слоя, толщина сердцевины, размеры клеток водорослей) изучались с помощью приготовления срезов и микроскопа «Axio Scope A1» (Германия). Срезы выполнялись с образцов талломов всех онтогенетических состояний с апикальной, медиальной и базальной частей в трёхкратной повторности. На основании данных морфологии и анатомии устанавливалась принадлежность талломов к определённым онтогенетическим состояниям в соответствии с концепцией дискретного описания онтогенеза растений Работнова-Уранова, адаптированной Ю.Т. Суетиной для лишайников [29]. 74 Андросова В.И., Виролайнен П.А. Анатомо-морфологические Самые ранние стадии онтогенеза (прототаллюс, протероталлюс, ювенильный таллом) не изучались; их описание дано согласно литературным данным, общим для лишайников [30-31], а также результатам, полученным при культивировании этого вида в лабораторных условиях [32]. Анализ выполнен на основе описания 300 талломов P. praetextata, произраставших на основаниях стволов осин. Минимальный размер анализируемого таллома составил 0,03^0,03 см. Поскольку определение видовой принадлежности талломов небольших размеров ранних онтогенетических стадий вызывает затруднение вследствие несформированности важных морфологических признаков, молодые талломы отбирались среди зрелых из моновидовой «куртины» P. praetextata. Содержание фотосинтетических пигментов измерялось спектрофотометрическим методом («СФ-2000», Россия) с приготовлением спиртовых вытяжек. Концентрация и содержание хлорофилла a и каротиноидов рассчитывались по формуле, представленной в методике Винтерманса и Де Мотса [33]. Оценка параметров водного режима талломов разных онтогенетических состояний проводилась гравиметрическим методом согласно известной методике [34] с использованием электронных весов «OHAUS, Discovery» (Швейцария). Рассчитывались следующие параметры водного режима: отецифическая масса таллома (specific thallus mass, STM) и водоудерживающая способность (water holding capacity, WHC). В ходе исследования проведены описания морфологических параметров 300 талломов, для которых проведено около 4 000 измерений анатомических параметров, 117 измерений содержания пигментов и 102 измерения параметров водного режима. Все измерения сделаны в трёхкратной повторности. Статистический анализ данных проведён с использованием однофакторного дисперсионного (ОДА) и регрессионного анализа [35] в среде Microsoft Office Excel 2010. Данные на рисунках и в таблицах приведены в виде средних арифметических со стандартными ошибками. Для оценки варьирования изучаемых признаков рассчитывался коэффициент вариации (CV). Результаты исследования и обсуждение Морфологические особенности онтогенетических состояний лишайника P. praetextata. В ходе исследования выделено и описано 4 периода и 12 онтогенетических состояний вида P. praetextata: латентный (sp), прегенеративный (pr, prt, j, iml, im2, im3, vl, v2), генеративный (g), постгенеративный (ss, s), представленных в табл. 1. Попадая в благоприятные условия, споры P. praetextata прорастают, образуя прототаллюс (pr). Согласно данным исследователей, осуществивших синтез таллома P. praetextata в лабораторных условиях [36], прорастание гиф начинается с обоих концов веретеновидных спор. В присутствии циа-нобионта гифы начинают ветвиться и формировать мицелий, что приводит к образованию рыхлой ассоциации мицелия и цианобактерии. Ассоциации 75 Ботаника / Botany постепенно становятся шаровидными и приобретают соредиеподобный вид (soredia-like stage) - клетки цианобионта заключены в гифы гриба. Далее от этих структур отходят радиальные гифы, формируя подобие паутинной сети (arachnoidal stage). Сходные процессы наблюдались исследователями при развитии других листоватых лишайников [37-38]. В следующей фазе развития (через 5-6 мес) соседние соредиеподобные структуры сливаются с образованием недифференцированного скопления, размер которого зависит от количества слившихся структур [36]. Эта масса развивается в зачаточный таллом, который имеет накипную жизненную форму и соответствует ювенильной стадии (j). Для листоватого цианолишайника Lobaria scrobiculata (Scop.) P. Gaertn., из того же семейства, что и P. praetextata, на этой стадии онтогенеза показана уже дифференциация анатомических слоёв в талломе - хорошо развиты кортекс, альгальный слой, сформированный клетками Nostoc sp., и сердцевина [38]. Таблица 1 [Table 1] Онтогенетические состояния цианобионтного лишайника Peltigera praetextata [Ontogenetic states of the cyanobiont lichen Peltigera praetextata] Период [Period] Онтогенетические состояния и их индексы [Ontogenetic states and their indexes] Признаки [Features] Латентный [Latent] *Спора гриба (sp) [*Ascospore] Спора четырёхклеточная, веретеновидная, бесцветная, (29-38-58(-65) х 2,5-5 мкм [The spore is 4-celled, fusiform, colorless, (29-38-58 (-65) х 2.5-5 цт] Прегенератив ный [Pregenerative] *Прототаллюс (pr) [*Protothallus] Образование из спор гиф мицелия [Hyphae formation from ascospore] *Протероталлюс (prt) [*Proterothallus] Обвивание грибными гифами клеток синезелёной водоросли, образование зачаточного слоевища [Hyphae entwinements of blue-green algae cells, forming an embryonic thallus] *Ювенильный таллом (j) [*Juvenile] Округлый, выпуклый, каплевидной формы накипной таллом с дифференцированными анатомическими слоями [Rounded, convex, teardrop-shaped crustose thallus with differentiated anatomical layers] Имматурное 1 (iml) [Immature 1] Листоватый таллом в форме округлой пластинки; к субстрату прикрепляется базальной частью, иногда заметен войлок [Foliose thallus in the form of rounded plate; attached to the substrate by the basal part, sometimes tomentum is noticeable] Имматурное 2 (im2) [Immature 2] Таллом округлой формы, с 1-3 выемками; края слегка курчавые. На нижней поверхности ясно видна одна жилка, от которой отходят 1-2 простые ризины [Round-shaped thallus with 1-3 notches; slightly curly edges. One vein is clearly visible on the lower surface, from which 1-2 simple rhizines extend] 76 Андросова В.И., Виролайнен П.А. Анатомо-морфологические О к о н ч а н и е т а б л. 1 [Table 1 (end)] Период [Period] Онтогенетические состояния и их индексы [Ontogenetic states and their indexes] Признаки [Features] Имматурное 3 (im3) [Immature 3] Появляются курчавые зачаточные лопасти. Жилки видны достаточно хорошо; на них формируются ризины [Curly rudimentary lobes appear. The veins are clearly visible; rhizines are formed on them] Виргинильное 1 (v1) [Virginal 1] Таллом имеет характерный зрелый облик, хорошо сформированные лопасти с курчавым краем, развитую сеть жилок и простые, слегка ветвящиеся косицеобразные ризины. Войлок развит на апикальных частях таллома, часто истончается и пропадает к базальной части. Таллом стерильный, без репродуктивных структур [Thallus has a mature appearance, well-formed lobes with a curly edge, a developed network of veins and simple, slightly branching braid-like rhizines. The tomentum is developed on the apical parts of the thallus, often becomes thinner and disappears towards the basal part. Thallus sterile, without reproductive structures] Виргинильное 2 (v2) [Virginal 2] Таллом с филлидиями. Филлидии вертикально ориентированы, образуют группы и гребни в местах повреждений таллома и по краям лопастей. Сами сплюснутые; в особо крупных скоплениях формируют коралловидные структуры. Состояние v2 может не наблюдаться, талломы могут не формировать филлидии [Thallus with phyllidia. Phyllidia are vertically oriented; they form groups and ridges at the sites of thallus damage and along the edges of lobes. Phyllidia are flattened, in especially large clusters they form coral-like structures. State v2 may not be observed, thallus may not form phyllidia] Генеративный [Generative] Г енеративное (g) [Generative] Таллом с седлообразными апотециями, развивающимися на концах лопастей. На талломе могут быть и филлидии [Thallus with saddle-shaped apothecia developing at the ends of lobes. There may be phyllidia on the thallus] Постгенератив ный [Postgenerative] Субсенильное (55) [Subsenile] Частично разрушенное слоевище, у которого молодых лопастей по сравнению со старой частью таллома не более 30%, появляются некрозы [Partially destroyed thallus, young lobes in comparison with the old part of the thallus are no more than 30%, necrosis appear] Сенильное (5) [Senile] Распад крупного таллома, наличие большого количества некротических образований; полное отсутствие молодых лопастей [The decay of a large thallus, presence of a large necrotic formations; complete absence of young lobes] Примечание. * Описание состояний дано согласно литературным данным [30-32]. [Note. *Description of the states is given according to the data from literature]. 77 78 Ботаника / Botany Рис. 1. Талломы Peltigera praetextata разных онтогенетических состояний: A - im1 (х56); B - im2 (х56); C - im3 (х32); D - v1; E - v2 (х16); F - g; G - ss; H - s (фото П.А. Виролайнена) [Fig. 1. Thalli of Peltigera praetextata at different ontogenetic states: A - im1 (х56); B - im2 (х56); C - im3 (х32); D - v1; E - v2 (х16); F - g; G - ss; H - s. Photo by Pavel Virolainen] Андросова В.И., Виролайнен П.А. Анатомо-морфологические Дальнейший этап онтогенеза связан с формированием листоватого таллома. Изученные имматурные талломы (im1) имели форму округлой пластинки, по площади не превышающей 25 • 10-4 см2 и прикрепляющейся к субстрату базальной частью (рис. 1, A). В онтогенетическом состоянии имматурное 2 (im2) на листоватом слоевище площадью до 92 • 10-4 см2 появляются выемки (от 1 до 3) - будущие зачатки лопастей, края которых слегка курчавые. Гифы сердцевинного слоя формируют уплотнённые тяжи - становится ясно видна жилка, от которой отходят 1-2 ризины белого цвета (рис. 1, B). Талломы онтогенетического состояния имматурное 3 (im3) характеризуются наличием зачаточных курчавых лопастей и в среднем имели площадь 21 • 10-3 см2. На нижней поверхности активно развивается сердцевинный слой: всё яснее проявляются жилки, на которых формируются простые ризины (рис. 1, C). Таллом приобретает зрелый облик в онтогенетическом состоянии виргинильное 1 (v1), характеризуясь наличием сформированных лопастей с курчавым краем, развитого войлочного покрова на апикальных частях таллома, часто истончающегося и пропадающего к базальной части, хорошо различимой сети жилок, большого количества простых, слегка ветвящихся косицеобразных ризин [39]. Средняя площадь таллома состояния v1 в изученной выборке - 0,448 см2. Структуры размножения на этой стадии развития таллома отсутствуют (рис. 1, D). Из онтогенетического состояния виргинильное 1 (v1) таллом может перейти в состояние виргинильное 2 (v2), образуя филлидии - структуры вегетативного размножения (рис. 1, E) или сразу в генеративное (g) состояние (рис. 1, F), формируя на концах лопастей таллома седловидные плодовые тела - апотеции. Это наблюдалось, например, при культивировании вида Peltigera didactyla (With.) J.R. Laundon - около 60% талломов сформировало соредии, а остальные сразу перешли в генеративную стадию, сформировав апотеции [40]. В изученной выборке все образцы генеративных талломов P. praetextata имели филлидии. Средние значения длины и ширины филлидий P. praetextata составили 0,028±0,003 и 0,039±0,002 см, соответственно. Согласно литературным данным, в лабораторных условиях талломы P. praetextata формировали филлидии через 20,5 мес после ресинтеза, однако при этом перехода в стадию g за 3 года культивации достичь не удалось [36]. Филлидии, вероятнее всего, могут также образовываться на талломе уже после формирования плодовых тел. При формировании плодовых тел на талломе P. praetextata первоначально на краю лопасти формируется замкнутый апотеций (рис. 2, A), под которым вырастает структура, возвышающая его над талломом - ножка (рис. 2, B). Последовательное увеличение количества сумок со спорами вызывает постепенное раскрытие апотеция (рис. 2, С, D). Сформированный апотеций P. praetextata широко открыт, имеет седлообразную форму (рис. 2, E) [30, 41]. Известно также, что P. didactyla в естественных условиях формирует апотеции через 6-7 месяцев после развития таллома из соре-дий [40]. 79 Ботаника / Botany Рис. 2. Основные этапы развития апотеция на талломе Peltigera praetextata, увеличение х16 (пояснения даны в тексте) (фото П.А. Виролайнена) [Fig. 2. The main stages in the development of apothecia on the thallus of Peltigera praetextata, magnification х16 (explanations are given in the text). Photo by Pavel Virolainen] Для талломов субсенильной стадии (ss) отмечено появление некрозов, составляющих до 20-30% поверхности таллома. Новые лопасти на талломе этой стадии формируются редко (см. рис. 1, G). Сенильные талломы (s) P. praetextata крупные по размерам (площадь в среднем 93 см2), имеют большую площадь некрозов, достигающую иногда 70%, а также участки с уже разрушенным талломом (см. рис. 1, H). Несколько талломов среди изученных характеризовались очень большим количеством филлидий по краям лопастей, а также в разрывах и трещинах корового слоя. Вероятнее всего, именно такие талломы могут перейти в состояние ss сразу из ѵ2, минуя генеративное состояние. Начиная с виргинильной стадии и до сенильной, у талломов наблюдается постепенное пигментирование сердцевинного слоя и его образований (жилок и ризин) от апикальной (краевой, более молодой) части в направлении центральной (базальной, более зрелой) зоны: нижняя поверхность таллома буреет, ризины постепенно от кончика к основанию обретают серый и тёмно-серый цвет, жилки темнеют до тёмно-коричневого цвета. Однако пигментацию слоевища нельзя отнести к признакам, маркирующим онтогенетическое состояние, так как этот процесс, вероятнее всего, зависит не от стадии развития, а от условий микроместообитания. Известно, что меланизация корового слоя таллома происходит, главным образом, в ответ на ультрафиолетовое воздействие. Меланины являются активными участниками редокс-метаболизма и могут накапливаться во всех частях таллома лишайника [42, 43]. Согласно полученным результатам, в изученном последовательном морфологическом ряду выявлено увеличение линейных размеров и площади талломов P. praetextata от ранних стадий развития к более поздним (табл. 2). Значения изученных морфологических параметров таллома на начальных стадиях, на которых происходит формирование листоватого слоевища и закладка морфоструктур (iml, im2, im3), варьировали незначительно (CV 30-40%). Наиболее сильное варьирование значений параметров таллома и его структур (CV 60-90%) отмечается для состояния vl. Так, длина и ширина vl-талломов в пределах изученной выборки варьируют от 0,17 х 0,13 до 4,5 х 4,5 см (СѴ = 71%), длина ризин - 0,015-1,1 см (CV = 97%), ширина жилок - 0,001-0,1 см (CV = 97%), длина лопастей - 0,045-3,9 см (CV = 80 Андросова В.И., Виролайнен П.А. Анатомо-морфологические 61%), ширина лопастей - от 0,02 до 1,5 см (CV = 60%). Высокое варьирование значений связано с активными ростовыми процессами и развитием структур таллома на этой стадии [23], а также на раннее развитие таллома большое влияние оказывают микроклиматические факторы [38]. Таблица 2 [Table 2] Средние значения некоторых морфологических параметров талломов Peltigerapraetextata разных онтогенетических состояний [Mean values of some morphological parameters of Peltigera praetextata thalli of different ontogenetic states] Онтогене тическое состояние [Ontogenetic state] Длина таллома, см [Thallus length, cm] Ширина таллома, см [Thallus width, cm] Длина лопастей, см [Length of lobes, cm] Ширина лопастей, см [Width of lobes, cm] Длина ри-зин, см [Length of rhizines, cm] Ширина жилок, см [Width of veins, cm] im1 0,050 ± 0,006 0,050 ± 0,005 - - - im2 0,099 ± 0,003 0,093 ± 0,005 - - 0,037 ± 0,005 0,005 ± 0,000 im3 0,142 ± 0,007 0,148 ± 0,010 - - 0,052 ± 0,011 0,007 ± 0,000 v1 0,80 ± 0,16 0,56 ± 0,12 1,87 ± 0,35 0,87 ± 0,16 0,187 ± 0,036 0,02 ± 0,00 v2 3,41 ± 0,25 2,36 ± 0,20 2,95 ± 0,22 1,34 ± 0,12 0,48 ± 0,03 0,05 ± 0,00 g 7,74 ± 0,44 6,42 ± 0,45 5,97 ± 0,30 1,96 ± 0,12 0,60 ± 0,02 0,07 ± 0,00 55 6,77 ± 1,41 6,60 ± 1,99 5,57 ± 0,23 2,20 ± 0,42 0,60 ± 0,05 0,08 ± 0,02 5 10,53 ± 0,61 8,83 ± 2,76 6,57 ± 0,35 1,73 ± 0,15 0,65 ± 0,00 0,09 ± 0,00 Примечание. Здесь и далее Im1 - имматурное 1, im2 - имматурное 2, im3 - имматурное 3, v1 - виргинильное 1, v2 - виргинальное 2, g - генеративное, 55 - субсенильное, 5 -сенильное состояние. [Note (hereafter). Im1 - immature 1, im2 - immature 2, im3 - immature 3, v1 - virginal 1, v2 - virginal 2, g - generative, 55 - subsenile, 5 - senile]. В дальнейшем (состояния v2, g) коэффициент вариации каждого параметра достигает минимальных значений, что, вероятнее всего, связано с замедлением процессов роста и развития таллома. Для параметров талломов стадии g коэффициенты вариации не превышают уже 20-50%: длина ризин варьировала от 0,325 до 1,1 см (CV = 26%), ширина жилок - от 0,03 до 0,1 см (CV = 29%), длина лопастей - 1,4-16 см (CV = 47%), ширина лопастей - 0,5-7,2 см (CV = 55%). Генеративное состояние характеризуется завершением развития таллома, процессы роста замедляются, и размеры морфоструктур варьируют в небольших пределах. Похожие закономерности выявлены и для цианолишайника Lobaria pulmonaria (L.) Hoffm. - активное увеличение линейных размеров таллома происходит в виргинильной стадии, а максимальные значения достигаются в генеративном состоянии [24]. Анатомические особенности онтогенетических состояний лишайника P. praetextata. В изученном онтогенетическом ряду выявлено изменение значений анатомических параметров талломов P. praetextata (табл. 3). Значения большинства изученных параметров увеличиваются в ряду от талломов имматурных состояний до генеративных. Значимые различия в значениях общей толщины, толщины корового и толщины сердцевинного слоя зарегистрированы между имматурными, виргинильными и генеративными талломами (ОДА, р < 0,05). 81 Ботаника / Botany Толщина войлока варьировала сильно (CV = 91%): в апикальной зоне (состояния v1, v2, g, ss) он присутствует всегда и развит хорошо, а на медиальной и базальной зонах таллома часто отсутствует. Таблица 3 [Table 3] Средние значения некоторых анатомических параметров талломов Peltigerapraetextata разных онтогенетических состояний [Mean values of some anatomical parameters of Peltigera praetextata thalli of different ontogenetic states] Онтогене тическое состояние [Ontogenetic state] Общая толщина таллома, мкм [Total thallus thickness, Pm] Толщина войлока, мкм [Tomentum thickness, Pm] Толщина корового слоя, мкм [Cortex thickness, Pm] Толщина альгального слоя, мкм [Algal layer thickness, Pm] Размер клеток фотобионта, мкм [Photobiont cell size, pm] Толщина сердцевины, мкм [Medulla thickness, Pm] im1 167,07 ± 5,87 12,26 ± 3,44 45,14 ± 1,25 51,88 ± 2,02 8,72 ± 0,73 49,41 ± 2,74 im2 165,66 ± 6,54 18,17 ± 3,39 38,62 ± 1,40 48,20 ± 1,52 10,64 ± 0,34 66,68 ± 3,15 im3 211,79 ± 6,03 11,23 ± 2,76 43,10 ± 0,95 61,79 ± 2,76 10,54 ± 0,31 91,86 ± 3,30 v1 247,10 ± 6,36 24,30 ± 3,65 46,58 ± 0,87 64,83 ± 1,31 12,69 ± 0,18 142,70 ± 5,86 v2 282,09 ± 5,14 26,05 ± 3,81 57,54 ± 1,83 75,41 ± 2,10 12,93 ± 0,17 179,13 ± 5,14 g 329,71 ± 6,96 51,09 ± 4,53 57,56 ± 1,42 70,08 ± 1,86 12,18 ± 0,22 199,04 ± 6,32 ss 253,49 ± 4,35 7,59 ± 1,67 51,00 ± 1,28 31,19 ± 2,71 7,67 ± 0,52 176,45 ± 4,81 s 219,83 ± 4,69 2,96 ± 1,09 44,77 ± 0,76 1,72 ± 0,98 1,05 ± 0,35 167,56 ± 4,94 Согласно полученным данным, для талломов im1 характерно неравномерное распределением гиф микобионта и клеток фотобионта в талломе: места обильного скопления клеток водоросли чередуются с рыхлыми и тонкими участками. Клетки водоросли характеризуются мелкими размерами (см. табл. 3). В талломах состояния im2 наблюдается более равномерное распределение гиф гриба и «разглаживание» слоя фотобионта, его выравнивание, клетки водорослей увеличиваются в размере. На стадии im3 аль-гальный слой таллома становится единым, равномерным и непрерывным. Анатомическое строение талломов в онтогенетическом состоянии v1 имеет характерные особенности зрелого таллома. Сенильные талломы характеризуются значительным снижением толщины альгального слоя, его непрерывность нарушается, и он сохраняется небольшими участками. От иммагурной до генеративной стадии онтогенеза наибольшее увеличение толщины зарегистрировано для сердцевины таллома (ОДА, р < 0,01), наименьшими изменениями размеров в изученном онтогенетическом ряду характеризуется альгальный слой (рис. 3). Достоверных различий в толщине альгального слоя между онтогенетическими состояниями не выявлено (ОДА, р > 0,05). В изученном онтогенетическом ряду от состояния im1 до g доля аль-гального слоя в талломе варьирует в очень небольших пределах (22-32%), снижаясь до минимальных значений в постгенеративном периоде. Таким образом, толщина слоя цианобионта в талломе лишайника остается постоянной на протяжении всего онтогенеза, начиная деградировать в сенильной стадии. Микобионт наращивает объем за счёт увеличения сердцевины. 82 Андросова В.И., Виролайнен П.А. Анатомо-морфологические 350 300 iml m2 imS vl v2 g ss s Онтогенетическое состояние ■ Микобионт □ Фотобионт Рис. 3. Соотношение толщины микобионта (чёрный цвет) и фотобионта (светло-серый цвет) в талломах Peltigera praetextata разных онтогенетических состояний [Fig. 3. The ratio of mycobiont (black) and photobiont (gray) thickness in Peltigera praetextata thalli of different ontogenetic states: on the X-axis - Ontogenetic state; on the Y-axis - Thickness of the layer (pm)] Полученные результаты согласуются с известными данными, толщина альгального слоя в талломе - один из наименее варьирующих и стабильных среди других анатомических показателей при развитии лишайника [44] : клетки водорослей в зрелых частях таллома продолжительно функционируют с незначительной степенью деления и обновления популяции, сохраняя фотосинтетическую активность в течение многих лет. Предполагается, что в основе механизма, подавляющего деление клеток водорослей, лежит действие антимитотических агентов, продуцируемых микобионтом [45] , а также конкуренцией за фиксированный азот и органический углерод между симбионтами таллома лишайника. Так, для хлоробионтного лишайника Hypogymnia physodes (L.) Nyl. характерно варьирование доли альгального слоя в талломе в пределах 31-43% [46], для цефалодиевого хлоробионтного лишайника Lobaria pulmonaria - 11-19% [47]. В исследованиях отмечено, что несмотря на закономерный рост общей толщины таллома от стерильной к сенильной группе, доля альгального слоя остаётся относительно постоянной и достоверно не отличается. Варьирование доли фото-бионта в талломе связано с процессами роста и развития лишайника в ходе онтогенеза, а широкие диапазоны изменчивости позволяют симбиотической ассоциации успешно существовать в различных условиях [48]. Физиологические особенности онтогенетических состояний лишайника P. praetextata. По мере развития таллома лишайника, изменения морфологических и анатомических характеристик изменяются и его физиологические параметры. Одним из параметров состояния фотосинтетического аппарата является содержание фотосинтетических пигментов. Фотосинтетические пигменты цианобактерий-фотобионтов лишайников представлены хлорофиллом а, каротиноидами и билиновыми пигментами [5]. Согласно полученным результатам анализа содержания фотосинтети-83 Ботаника / Botany ческих пигментов (хлорофилла а и каротиноидов) в талломах P. praetextata разных онтогенетических стадий (табл. 4), наиболее высокое содержание хлорофилла а обнаружено для виргинильных талломов, а каротиноидов -для генеративных (ОДА, p < 0,01). Для сенильных талломов P. praetextata зарегистрировано самое низкое содержание проанализированных пигментов. При этом у генеративных талломов фиксировалось наиболее характерное для лишайников соотношение пигментов (2,7), зарегистрированное и другими исследователями [49]. Таблица 4 [Table 4] Содержание фотосинтетических пигментов в талломах Peltigera praetextata разных онтогенетических стадий [The photosynthetic pigments content in Peltigera praetextata thalli of different ontogenetic stages] Стадия онтогенеза [Ontogenetic stage] Содержание хлорофилла a, мг • г-1 сух. массы [Chlorophyll a content, mg/g-1 of dry weight] Содержание каротиноидов, мг • г-1 сух. массы [Carotenoids content, mg/g-1 of dry weight] Соотношение Хл a/кар [Chlorophyll a/carotenoids ratio] V 0,212 ± 0,011 0,027 ± 0,012 7,4 g 0,136 ± 0,011 0,049 ± 0,012 2,7 ss 0,060 ± 0,005 0,008 ± 0,003 7,6 Полученные данные по содержанию фотосинтетических пигментов в целом сопоставимы с данными других исследователей [50], однако в имеющихся на сегодняшний день источниках не приводятся значения этих показателей для разных стадий онтогенеза талломов лишайников. Влажность - ведущий фактор для поддержания жизнедеятельности лишайников как пойкилогидрических организмов. Преодоление стрессов, связанных с недостатком или отсутствием влаги в местообитании, осуществляется с помощью состояния криптобиоза, в которое переходят лишайники при оводнённости таллома в 5-10% [51]. Цианолишайникам для выхода из этого состояния и восстановления активности процессов жизнедеятельности требуется наличие в среде капельно-жидкой воды [52]. Водный режим цианолишайника P. praetextata в ходе исследования оценивался следующими параметрами: максимальное водонасыщение таллома, специфическая масса таллома (STM), водоудерживающая способность (WHC) на единицу площади таллома (табл. 5). Эти параметры определяют возможность таллома удерживать воду и, таким образом, находиться в физиологически активном состоянии. Значения специфической массы таллома (STM) в исследованной выборке талломов варьируют от 52,87 до 225,00 мг сух. массы • см 2. Согласно результатам однофакторного анализа, значения специфической массы таллома (STM) имеют наибольшие значения у талломов генеративного состояния (ОДА, р < 0,001). Максимальное водонасыщение талломов варьировало от 151,5 до 495,4% от абс. сух. массы, и в среднем таллом P. praetextata впитывает воды в 3,5 раза больше своей сухой массы. Наибольшее максимальное водонасыщение зарегистрировано для генеративных талломов (ОДА, р < 0,001), составляющее в среднем 397,1% (рис. 4, A). 84 Андросова В.И., Виролайнен П.А. Анатомо-морфологические Таблица 5 [Table 5] Средние значения исследованных параметров водного режима талломов Peltigerapraetextata разных онтогенетических состояний [Mean values of the studied water regime parameters of Peltigera praetextata thalli of different ontogenetic states] Параметры [Parameters] Онтогенетическое состояние [Ontogenetic state] vl v2 g ss s Общая толщина таллома, мкм [Total thallus thickness, pm] 247,10 ± 6,36 282,09 ± 5,14 329,71 ± 6,96 253,49 ± 4,35 219,83 ± 4,69 Площадь таллома, см2 [Thallus area, cm2] 3,79 ± 1,39 10,13 ± 4,00 26,98 ± 8,15 15,42 ± 1,35 14,28 ± 3,68 STM, мг сух. массы • см 2 [ STM, mg dry weight • cm-2] 5,91 ± 0,50 7,97 ± 0,62 12,36 ± 1,01 10,25 ± 1,12 10,50 ± 1,41 Максимальное водонасыщение, % [Maximum water saturation, %] 361 ± 21 329 ± 18 397 ± 17 375 ± 7 376 ± 12 WHC, мг H2O • см-2 [WHC, mg H2O • cm-2] 15,09 ± 1,22 18,46 ± 2,41 37,15 ± 4,28 28,12 ± 2,52 28,67 ± 2,93 Рис. 4. Средние значения максимального водонасыщения (А) и водоудерживающей способности (В) талломов Peltigera praetextata разных онтогенетических состояний [Fig. 4. Mean values of maximum water saturation (А) and water-holding capacity (B) of Peltigera praetextata thalli of different ontogenetic states: on the X-axis - Ontogenetic state; on the Y-axis A - Maximum water saturation (%), B - Water holding capacity (mg Н2О ■■cm-2)] Водоудерживающая способность (WHC) на единицу площади таллома P. praetextata в изученной выборке варьировала от 4,09 до 58,71 мг H2O • см . Согласно полученным результатам, наименьшей водоудерживающей способностью обладают виргинильные талломы, а максимальных значений показатель достигает у генеративных талломов (рис. 4, В). По мере старения талломов на сенильной стадии водоудерживающая способность снижается (ОДА, р< 0,001). Согласно полученным результатам, водоудерживающая способность является функцией удельной поверхности талломов (STM) (рис. 5). С увеличением удельной поверхности увеличивается и водоудерживающая способность талломов, что подтверждают и результаты других исследователей [34, 53]. Полученные в ходе исследования данные во многом согласуются с данными, полученными для других видов лишайников. 85 Ботаника / Botany Рис. 5. Водоудерживающая способность (WHC) талломов Peltigera praetextata с разными значениями их специфической массы таллома (STM) [Fig. 5. Water holding capacity (WHC) of Peltigera praetextata thalli with different values of their specific thallus mass (STM): on the X-axis - Specific thallus mass (mg dry weight- cm-2); on the Y-axis - Water holding capacity (mg Н2О ■■ cm-2)] Так, в ходе исследований водного режима отдельных состояний онтогенеза хлоробионтного (фотобионт - зеленая водоросль) листоватого лишайника Hypogymnia physodes [54] и цефалодиевого хлоробионтного (фотобионт - зеленая водоросль, цианобактерии в специальных структурах -цефалодиях) листоватого лишайника Lobariapulmonaria [55] также зарегистрировано увеличение показателя STM с увеличением размеров и возраста талломов. Однако значения этого показателя у исследованных талломов P. praetextata в 1,5-2 раза ниже, чем у вышеуказанных видов. Значения водоудерживающей способности талломов вида P. praetextata в 5-6 раз меньше, чем у широко распространённого вида Hypogymnia physodes. Такие низкие по сравнению с хлоробионтными лишайниками значения исследованных параметров водного режима, необходимость наличия капельно-жидкой воды в среде для восстановления метаболических функций у цианолишайников при выходе из состояния криптобиоза во многом объясняют приуроченность P. praetextata к влажным местообитаниям с моховым покровом и уязвимость к изменениям условий местообитания. Заключение Лишайники, представляющие собой неотъемлемый компонент растительных сообществ, известны своей уязвимостью к изменениям условий среды. Это подтверждается большим числом исследований экологии и физиологии этих организмов. Исследования хода онтогенеза, а также структурных и физиологических показателей талломов, находящихся на разных онтогенетических стадиях, могут внести существенный вклад в понимание 86 Андросова В.И., Виролайнен П.А. Анатомо-морфологические причины чувствительности этого компонента экосистем на более глубоком, причинно-следственном уровне. Онтогенез цианолишайника P. praetextata представлен следующими основными этапами: зачаток слоевища, накипной дифференцированный таллом, листоватое слоевище (формируется на iml), на котором развиваются жилки, ризины (im2) и зачаточные лопасти с курчавым краем (im3), достигая зрелого облика (ѵГ). Затем на талломе формируются филлидии (v2) и/или апотеции (g). Старение таллома (ss, s) сопровождается увеличением площади некрозов. Значения морфологических (длина, ширина таллома и лопастей, линейная площадь таллома, длина ризин, ширина жилок) и анатомических параметров талломов (толщина общая, корового, альгального слоёв, сердцевины) увеличиваются по мере его развития. Наибольшая изменчивость изученных признаков характерна для ранних стадий онтогенеза. Среди изученных структур таллома наибольшая изменчивость в ряду онтогенетических состояний регистрировалась для длины ризин, ширины жилок и толщины сердцевинного слоя, а наибольшим постоянством отличалась доля альгального слоя в талломе. Изученные физиологические характеристики талломов P. praetextata отличались у разных онтогенетических состояний и имели максимальные значения у генеративных талломов, для которых зарегистрированы нормальное соотношение фотосинтетических пигментов, максимальное водонасыщение и максимальная водоудерживающая способность. Таким образом, талломы ранних стадий развития обладают меньшей возможностью сохранять влагу, и могут представлять критическую стадию в жизненным цикле лишайника. Выявленное широкое варьирование морфолого-анатомических показателей молодых талломов, с одной стороны, говорит об их высокой приспосабливаемости, однако физиологические показатели водонасыщения свидетельствуют об уязвимости как раз этих стадий. Кроме того, полученные данные изученных параметров подтвердили обоснованность выделенных онтогенетических стадий. Исследование онтогенеза и морфогенеза цианобионтного лишайника P. praetextata проведено впервые, и полученные данные могут стать основой для дальнейшего изучения особенностей анатомии и морфологии цианолишайников, а также для изучения популяционной структуры этого вида в сообществах.

Скачать электронную версию публикации