Micromorphology of abaxial epidermis of siberian Stipa L.leaf blades.pdf ВведениеПредставители рода Stipa L. играют большую роль в сложении раститель-ного покрова, являясь эдификаторами и доминантами степных сообществ отДуная до Восточного Хингана, от равнинных степей до высокогорных злако-вых фитоценозов Центральной Азии. На территории Сибири род Stipa насчи-тывает по разным оценкам от 19 [1] до 22 [2] видов. М.Н. Ломоносова [3] при-водит во «Флоре Сибири» 21 вид. Количественные различия на первый взгляднезначительные, но видовой состав различается весьма существенно. Приэтом до сих пор нет единого мнения об объеме и границах не только некоторыхвидов, но и границы рода в целом до сих пор вызывают дискуссии. Сложностисистематики ковылей, как и других злаков, обусловлены чрезвычайно однооб-разным строением как вегетативных, так и репродуктивных органов. Вслед-ствие этого число признаков, используемых в систематике ковылей, оченьограничено. С одной стороны, это затрудняет разграничение отдельных видов,а с другой - установление родственных отношений, выявление филетическихлиний. В связи с этим поиск дополнительных систематических признаков при-обретает большое значение и исследование микроморфологической структурыразличных органов представляется весьма интересным и перспективным.К настоящему времени накоплен большой опыт изучения анатомическо-го строения злаков и использования признаков микроструктуры в система-тике [4-10 и др.]. Исследование эпидермы листовой пластинки [11-15 и др.]и цветковых чешуй [16-22 и др.] подтвердило значение этих признаков нетолько для систематики, но и для палеоботанических исследований [23, 24].Общеизвестно, что наиболее ценными для систематики являются при-знаки репродуктивных органов, поскольку они более детерминированы ге-нетически и менее подвержены влиянию факторов окружающей среды. Темне менее и признаки вегетативных органов, в частности листовой пластин-ки, достаточно широко используются в систематике, поскольку некоторыеиз них отличаются постоянством, а главное - позволяют определить расте-ния в вегетативном состоянии [25-29].Поскольку род Stipa s.l. распространен довольно широко, особенно варидных областях, немало работ было посвящено исследованию анатоми-ческого строения как собственно Stipa s.str. [30-35], так и близких родов -Achnatherum Beauv., Nasella(Trin.)E.Desv. и Jarava Ruiz et Pav. [36-38], носибирские ковыли в анатомическом отношении остаются изученными со-вершенно не достаточно [39, 40].Известно, что большинство злаков имеют своеобразное, дифференциро-ванное строение абаксиальной эпидермы: область над жилками существен-но отличается по строению от области между жилками, и обычно их харак-теризуют отдельно [10]. У ковылей отмечается как дифференцированноестроение эпидермы, так и недифференцированное. Последнее образуетсятогда, когда склеренхимная обкладка размещается не только при пучках, аобразует сплошной слой под эпидермой [9, 10]. В строении абаксиальнойэпидермы листа злаков выделяется несколько типов клеток. Наиболее специ-ализированные - замыкающие клетки устьиц, которые обычно сопровожда-ются побочными клетками, а также длинные и короткие покровные клеткии различного вида трихомы - шипики, щетинки и волоски [6, 8]. Длинныеклетки - преобладающий элемент эпидермы. К ним принято относить вытя-нутые вдоль оси листа (или другого органа) клетки, длина которых более чемв два раза превышает их ширину [41]. Они могут располагаться как в областинад жилками, так и между жилками. При этом длинные клетки над проводя-щими пучками и между ними могут существенно различаться по размерам,форме и степени извилистости антиклинальных стенок. Короткие клетки вцелом изодиаметричны. Среди них принято различать пробковые, стенки ко-торых пропитаны суберином, и окремнелые клетки, которые имеют важноесистематическое значение. У злаков окремнелые и опробковевшие клеткинередко чередуются с длинными клетками [34, 42]. Основными признакамиэпидермы абаксиальной поверхности, имеющими систематическое значениеу ковылей и близких родов, считаются форма, размеры, распределение корот-ких клеток и трихом, длина и форма антиклинальных стенок длинных кле-ток, наличие или отсутствие устьиц и форма побочных клеток [6].Цель данной работы - изучить анатомическое строение листовой пла-стинки и возможности использования анатомических признаков для диагно-стики сибирских ковылей.Материалы и методики исследованияРабота выполнялась на материалах коллекций, хранящихся в Гербарииим. Крылова Томского государственного университета (ТК), в том числеопределенных признанным специалистом по ковылям П.А. Смирновым,а также на материалах, собранных авторами на территории Южной Си-бири. Объектами исследования послужили листовые пластинки 15 видовковылей.S. capillata: Сибирь. Битневский р-н, окр. с. Татчиха. Юго-восточныйсклон, 17.08.1930, Салыкова, Кайдарич*; Республика Хакасия, Аскизскийр-н, оз. Соленое, каменистая степь, 24.07.2008, Гудкова П.Д., Олонова М.В.,Кузнецов А.А., Курбатский В.И.; Алтайский край, Родинский район, окр.с. Степное, 19.07.2009, Гудкова П.Д. S. grandis: Енисейская губ., Мину-синск, Абаканская Инородная управа, окр. оз. Фыркаль, щебнистый склон,19.07.1910, Титов В.С.*; Республика Хакасия, Аскизский р-н, оз. Хан-Куль, каменистый склон, 24.07.2008, Гудкова П.Д., Олонова М.В., Кузне-цов А.А., Курбатский В.И.; Республика Хакасия, Аскизский р-н, оз. Тус,20.07.2008, Гудкова П.Д., Олонова М.В., Кузнецов А.А., Курбатский В.И.S. consangunea: Республика Алтай. Чуйские белки, р. Себистей, приток Ко-кузека, сухие склоны, 07.08.1911, Сапожников В.В. S. korshinskyi: Акмолин-ская губ., Кокчетавск, около с. Федоровки, степной луг, 10.07.1926, КрыловП.Н., Сергиевская Л.П. S. krylovii: Республика Хакасия, Ирбитский р-н, 6 кмот Ирбитского в сторону Туманного, разнотравно-злаковый луг, 21.07.2008,Гудкова П.Д., Олонова М.В., Кузнецов А.А., Курбатский В.И.; РеспубликаХакасия, Аскизский р-н, окр. с. Пуланколь, 22.07.2008, Гудкова П.Д., Оло-нова М.В., Кузнецов А.А., Курбатский В.И.; Республика Хакасия, Аскиз-ский р-н, восточная оконечность хр. Малый Саксыр, 23.07.2008, ГудковаП.Д., Олонова М.В., КузнецовРис. 1. Фрагмент абаксиальной листовой пластинки: а, б - Stipa capillata; в (выделенызоны над жилками и между жилками); г (выделена короткая клетка округлой формы) -S. grandis; д, е (выделена короткая клетка бобовидной формы) -S. consanguinea (выделена щетинка); з - S. korshinskyiРис. 2. Фрагмент абаксиальной листовой пластинки: а, б (выделена короткая клеткаэллиптической формы) - Stipa krylovii, в (выделен шипик); г - S. lessingiana; д, е(выделен прорыв слоя кутикул короткой клеткой) - S. orientalis; ж, з (стрелкой показанадлинная клетка, рамкой выделена короткая клетка округлой формы) - S. kirghisorumРис. 3. Фрагмент абаксиальной листовой пластинки: а, б - Stipa dasyphylla;в, г - S. pennata; д, е - S. borysthenica; ж (стрелкой показана щетинка), з - S. tirsaРис. 4. Фрагмент абаксиальной листовой пластинки: а, б - Stipa zalesskii;в, г - S. klemenzii; д, е (выделен прорыв слоя кутикул короткой клеткой) - S. glareosaлокольников Л.; Алтай, с. Катанда, бер. р. Катунь, 26.05.1897, СапожниковВ.В.; Алтайский край, Третьяковский р-н, 4 км к востоку от с. Плоское, лу-говая закустаренная степь, 6.06.2008, Гудкова П.Д., Куприянов А.Н., ЭбельА.Л., Доронькин В.М. S. borysthenica: Алтайский край, окр. оз. Телецкого,долина р. Юрбуту, правый приток Уймена, 23.05.1909, Сычинский Г. S. tirsa:Оренбургская губ., окр. Кочердыка, 5.08.1926, Крылов П.Н., Сергиев-ская Л.П. S. zalesskii: Акмолинская губ., Кокчетавск, между Воскресенскими Грачевкой, разнотравно-степной луг, 7.07.1926, Крылов П.Н., СергиевскаяЛ.П.; Омск, окр. между Белоусовским и Степановским, целинная степь,3.07.1927, Крылов П.Н., Сергиевская Л.П.; Алтайский край, Третьяковскийр-н, Аринкин курган, каменистый склон, 8.06.2008, Гудкова П.Д., КуприяновА.Н., Эбель А.Л., Доронькин В.М. S. klemenzii: Бурятская АССР. Джойскийр-н, Урочище Дырестуй, шлейф сопки, 2.08.1966, Рещиков Н.А. S. glareosaАлтай, Чуйская степь, окр. Кош-Агача, пустынно-галечниковая степь,6.07.1932, Буторина Т.* (* Экземпляры определены П.А. Смирновым).Исследования проводились в Томском материаловедческом центре кол-лективного пользования при Томском государственном университете. Дляисследования из средней части листовой пластинки второго сверху листапобега возобновления брали фрагмент длиной 1 см. Фрагменты листьевфиксировали на двустороннем канцелярском скотче. Препараты изучалина растровом электронном микроскопе «Philips SEM 515» (Голландия). Дляуменьшения влияния заряда их обрабатывали серебром методом термическо-го напыления в вакууме. Образцы исследовали в режиме высокого вакуума,поверхность сканировали при ускоряющем напряжении 25 кВ. Определениеразмера и формы клеток проводили при увеличении в 600 раз, а исследова-ние общего характера поверхности листовых пластинок у большинства об-разцов - при увеличении в 150 раз. Stipa borysthenica Klok. и S. dasyphylla(Lindem) Trautv., имеющие сравнительно более широкие листовые пластин-ки, исследовались при увеличении соответственно в 100 и 60 раз. Измерениядлинных клеток проводились в семи полях зрения, не менее 20 клеток каж-дого вида, с помощью программы SIAMS. Статистические подсчеты прово-дились с использованием пакета StatSoft STATISTICA 7.0. При описании пре-паратов использовалась терминология, предложенная Metcalfe [6] и Ellis [10].Результаты исследования и обсуждениеПроведенные исследования показали, что у сибирских ковылей встре-чается как дифференцированное (рис. 1, а-з; 2, а, в), так и недифферен-цированное строение эпидермы, когда область над жилками анатомическисходна с областью между жилками (рис. 2, д-ж; 3, а-з; 4, а-з). Это хоро-шо согласуется с наблюдениями Clifford, Watson [9] и Ellis [10], что данныйпризнак коррелирует со степенью развития склеренхимы. У S. capillata L.,S. grandis P. Smirnov, S. consanguinea Trin., S. korshinskyi Roshev и S. kryloviiRoshev, принадлежащих секции Leiostipa, и S. lessingiana, принадлежащейсекции Barbatae Jung., имеющих дифференцированное строение эпидермы,было отмечено развитие слеренхимы только при проводящих пучках и покраям листовой пластинки [32, 39, 40]. У всех исследованных видов секцийSmirnoviа Tzvel., Barbatae (за исключением S. lessingiana) и Stipa эпидермане была дифференцирована.У отдельных видов - S. lessingiana, S. tirsa Steven, S. zalesskii Wilensky иS. klemenzii Roshev. - на поверхности клеток был обнаружен эпикутикуляр-ный воск.Ни у одного из исследованных образцов на абаксиальной стороне листо-вой пластинки не были обнаружены устьица.Поскольку длинные клетки являются основным структурным элементомэпидермы, они были отмечены у всех исследованных видов и имели фор-му в разной степени вытянутых прямоугольников с закругленными углами.У видов с дифференцированным типом эпидермы длинные клетки, распола-гающиеся над жилками, были в целом короче, чем клетки между жилками.При этом длина клеток над жилками довольно сильно варьировала как вну-три видов, так и между видами (рис. 5). В среднем наиболее короткие клет-ки были отмечены у S. orientalis Trin., S. kirghisorum P. Smirnov, S. glareosaP. Smirnov и S. dasyphylla.Рис. 5. Изменчивость длинных клеток 15 видов ковылей: ось I (ось абсцисс) -длина клетки; II (ось ординат) - видСтепень извилистости антиклинальных стенок длинных клеток такжеварьирует у разных видов от слабоизвилистой (рис. 1, б, з; 2, г; 3, з; 4, г) доизвилистой (рис. 1, г, е; 2, б, е, з; 3, б, г, е; 4, б, е). Данный признак оставалсяпостоянным в пределах, по крайней мере, одного препарата, что согласуетсяс наблюдениями M. Barkworth [34].У S. orientalis, S. dasyphylla и S. borysthenica антиклинальные стенки неприподняты относительно периклинальных (рис. 2, д; 3, а, д), поэтому ре-льефность поверхности листовой пластинки была относительно слабо вы-ражена. Остальные образцы имели рельефную поверхность.Короткие округлые изодиаметрические клетки были обнаружены у всехисследованных образцов. У отдельных видов наряду с округлыми клеткамиприсутствовали эллиптические (рис. 1, б, г, е, з; 2, б, г, е, з; 3, б, г), узкоэл-липтические (рис. 2, е, з; 4, е) и даже бобовидные короткие клетки (рис. 3,б, е, з; 4, б). У S. orientalis и S. glareosa короткие окремнелые клетки про-рывают сплошной кутикулярный слой (рис. 2, е; 4, е); у всех остальныхисследованных видов этого не наблюдалось. Периклинальные стенки ко-ротких клеток могут быть приподняты относительно окружающих их длин-ных клеток (рис. 1, г, з; 2, е; 3, б, г; 4, б, г) или находиться ниже их уровня(рис. 1, б, е; 2, б, г, з; 3, е, з; 4, е).Отмеченные у исследованных видов трихомы можно отнести к 4 типам:короткие волоски (рис. 4, а), длинные волоски (рис. 3, а), щетинки (рис. 3, ж)и шипики (рис. 2, в). Под волосками понимаются различной длины гибкиеодноклеточные структуры. Щетинки - более жесткие и короткие структуры,направленные вдоль оси органа (рис. 3, ж). Шипики - еще более короткие ижесткие, со вздутым, нередко удлиненным основанием. Наличие, распреде-ление и частота трихом не одинаковы внутри секций, но достаточно стабиль-ны внутри отдельных видов. Исследованные виды различаются по типам,длине и густоте трихом, при этом у ряда видов (S. grandis, S. consanguinea,S. krylovii, S. orientalis и S. klemenzii) они не выражены вообще (рис. 1, в, д;2, а, д; 4, в). Трихомы S. korshinskyi, S. tirsa и S. kirghisorum представленыщетинками, полуприлегающими к поверхности листовой пластинки. ДляS. capillata, S. lessingiana, S. pennata L., S. borysthenica, S. glareosa (рис. 1,а; 2, в; 3, в, д; 4, д) характерны только шипики, при этом у S. borysthenicaони такие короткие, что, возможно, правильнее было бы отнести их к бугор-кам. Необычные сплюснутые шипики были отмечены у одного из образцовS. pennata, и эти образцы требуют дальнейшего, более детального изучения.Неоднородность этого вида была нами отмечена и при статистическом иссле-довании макроморфологических признаков [43]. Наиболее разнообразнымиоказались трихомы у S. dasyphylla и S. zalesskii (рис. 3, а; 4, а). У них былиотмечены и шипики, и щетинки, и волоски, но у первого из них волоски гу-стые и длинные, хорошо заметные невооруженным глазом, в то время как увторого они значительно короче и заметны только при увеличении.ЗаключениеПроведенные исследования микроморфологических признаков листовойпластинки сибирских ковылей показали, что степень однородности в рас-положении структур эпидермы (отличия структуры эпидермы над жилкамии между ними) как систематический признак имеет секционное значение.Дифференцированное строение эпидермы наблюдается только у видов сек-ции Leiostipa и S. lessingiana, принадлежащей секции Barbatae.Выявленные различия в анатомическом строении между S. lessingiana иостальными видами секции Barbatae могут служить дополнительным аргу-ментом в пользу предложенного Н.Н. Цвелевым [44] выделения этого видав отдельную секцию Subbarbatae Tzvel. на основании признаков макромор-фологического строения.Характер трихом на листовой пластинке может служить дополнительнымдиагностическим признаком для определения в вегетативном состоянии.Исследования показали неоднородность анатомической структуры S. pennataи необходимость ее дальнейшего изучения на популяционном уровне.Авторы выражают искреннюю благодарность заведующей гербарием им. П.Н.Крылова проф. И.И. Гуреевой за возможность работы с коллекциями, Prof. M.E. Barkworth- за ценные советы, А.В. Козловой - за подготовку препаратов и визуализациюизображения на электронном микроскопе, А.А. Кузнецову - за организацию лаборатор-ных исследований.

Скачать электронную версию публикации