Morpho-anatomical aspects of the first- and-second year leaf epidermis of some Rhododendron L. winter-green species in the Bugsko-Polessky Region

Full Text

Многие из представителей семейства вересковые являются перспективными культурами для озеленения приусадебных участков, населенных пунктов и интерьеров. Большой ареал и широкая экологическая амплитуда вересковых определяют широкие возможности их использования для озеленения. Культивирование дикорастущих видов вересковых важно также для сохранения их генофонда в условиях Беларуси. Следовательно, изучение биологических особенностей семейства вересковых представляется весьма важным [1, с. 3].

Большой интерес для зеленого строительства в условиях закрытого и открытого грунта представляют виды рода Rhododendron L. Эмпирический подход к подбору видового разнообразия без учета эколого-физиологических особенностей их роста и развития неизбежно приводит к неудачам в практике озеленения, снижению декоративных и средостабилизирующих функций насаждений [2, с. 9].

Одним из направлений анатомических исследований является изучение отдельных групп растений в связи с поиском новых признаков для установления филогенетических связей и изучением адаптаций к различным условиям существования [3, с. 298]. Проведение различного рода экспертиз, исследований в области физиологии, таксономии невозможны без учета анатомических особенностей растений [4, с. 91; 5].

Одним из признанных и доступных методов анализа приспособительных особенностей растений к различным экологическим условиям является изучение анатомии листа [6; 7]. В полной мере это относится и к интродуцированным растениям для выявления их адаптационных способностей в новых условиях произрастания.

При переносе растений в новые климатические условия адаптационный потенциал вида реализуется через анатомо-морфологические и физиолого-биохимические перестройки, затрагивающие, в первую очередь, лист. Лист является наиболее структурно пластичным и функционально насыщенным, поскольку в нем осуществляются жизненно важные процессы (фотосинтез, транспирация и газообмен). При переносе растений в новые условия все изменения в структуре листа, несомненно, направлены на поддержание его функций на максимально возможном для конкретных условий уровне [8, с. 12].

Для интродукции огромный интерес представляет изучение анатомического строения видов растений, интродуцированных в новые условия, что дает возможность более глубоко понять особенности приспособлений, установить экологическое значение структурных признаков, а также выявить анатомические структуры и т.д. [9, с. 18].

Первичная покровная ткань является, пожалуй, одной из сложнейших в структурном отношении. Эта ткань необычайно варьирует у различных групп растений и в разных экологических условиях, выполняя многообразные функции, среди которых одна из наиболее важных – функция газообмена [10, с. 1533].

Также она может выполнять и опорную функцию. Плотно сомкнутые клетки, часто пропитанные кутином, имеют на наружной поверхности плотную кутикулу. Эпидермальные клетки, плотно примыкая друг к другу, создают покров, предохраняющий растение от иссушения, механических повреждений и т.д. [11, с. 42]. Клетки эпидермиса соединены без межклетников, их замковую связь обусловливает извилистость боковых стенок. С другой стороны, благодаря этому клетки эпидермиса податливы и при насыщении нижележащих клеток водой несколько распрямляются [12, с. 29–30]. Кутикула и восковой налет лучше развиваются на верхней стороне листа, которая больше освещается и сильнее нагревается [13, с. 222]. Кроме того, эпидермальные клетки часто образуют кроющие волоски, которые также могут играть защитную роль [14, с. 3; 12, с. 205].

Анализ исследований по изучаемой проблеме.

Анатомическая структура представителей семейства вересковых (Ericaceae Juss. (DC.)) изучалась ранее в связи с эколого-морфологическим своеобразием, а также с их полезными свойствами [15, с. 106]. В работе Ю.Г. Каверзневой (1972) приведены данные и рисунки по анатомо-морфологическому исследованию листьев некоторых вересковых из различных местообитаний Московской области. Для диагностического анализа лекарственного сырья Р.Г. Медведева (1958, 1960) и В.И. Шергин (1950) приводят описание и рисунки анатомического строения рододендронов золотистого (R. aureum L.), р. мелколистного (R. parvifolium Adams) и даурского (R. dauricum L.) [16, с. 106].

Исследованиями ряда авторов показано, что анатомическое строение листовой пластинки листа рододендрона относится к дорзивентральному типу. Верхняя поверхность листа покрыта кутикулой, которая сильно утолщена у R. dauricum L., R. аureum Georgi, R. сaucasicum Pall., в то время как у R. Mucronulatum Turcz., R. sichotense Pojark., R. schlippenbachii Maxim., R. ponticum L., R. luteum Sweet она сравнительно тонкая [17, с. 75].

Сравнительные исследования анатомического строения пластинки листа R. dauricum L., R. Mucronulatum Turcz. и R. sichotense Pojark. показали, что они относятся к дорзинвентральному (по Эзау, 1980) типу и имеют как общие, так и отличительные черты строения (Александрова, Зорикова, 1980; Вологдина, 2007) [18, с. 12]. На верхней стороне листа R. Mucronulatum через каждые 3–5 клеток эпидермиса располагаются группы эфиромасличных железок.

По результатам анатомического анализа листа р. золотистого – R. aureum Georgi – R. chrysanthum Pallas, который приводится в работе К.А. Потрясай (2009), верхний эпидермис листа двухслойный, наружный ряд клеток более мелкий, покрыт толстым слоем кутикулы; клетки нижнего эпидермиса однослойные, покрытые более тонким слоем кутикулы [19, с. 8; 20, с. 47–48].

Цель и задачи исследования.

Целью наших исследований явилось изучение эпидермы листа некоторых зимне-зеленых видов рода Rhododendron L., первого и второго года жизни. В задачи исследования входило выявление диагностических признаков и оценка сходства и различия морфометрических показателей.

Объект и методика исследований.

Объектами исследования явились представители рода Rhododendron L.: R. catawbiense Michx. и R. davidsonianum Rehd., выращенные из семян репродукции Центрального ботанического сада Национальной академии наук Беларуси в условиях г. Бреста.

Для исследования образцы отбирали как минимум с 3 особей каждого вида, производили отбор с одновозрастных особей, в сходных условиях обитания, с одной высоты от уровня почвы, с южной стороны. Листья этикетировали и помещали в фиксатор – 96% спирт, спустя 10–15 дней добавляли от 1/3 до 1/2 по объему глицерин и в этой смеси материал хранили. Поперечные срезы готовили на санном микротоме с замораживающим столиком. В соответствии с общепринятой методикой перед изготовлением срезов материал помещали на 30 мин. в водную среду. Затем срезы окрашивали регрессивным способом, помещая в спиртовые растворы сафранина и нильского синего. После окраски срезы подвергали дегидратации в спирте разной концентрации (50%, 75%, 90% и абсолютный спирт). На следующем этапе срезы обрабатывали карбоксилолом и ксилолом, после чего помещали в канадский бальзам.

Для изучения эпидермального комплекса листа эпидерму снимали при помощи лезвия безопасной бритвы, а также использовали метод отпечатков эпидермы по Дж.Н. и Н.А. Анели. Анатомические исследования проводились по общепринятой методике с собственными модификациями на фиксированном и свежем материале с использованием световых микроскопов Р-15, С-11, Микмед-5 в проходящем свете. Устанавливали общую картину структуры, гистологический состав, топографию (расположение) тканей на разных срезах, их параметры, соотношение и наличие идиобластов и других включений. Замеры производили с помощью винтового окуляр-микрометра МОВ 1–15. Размеры элементов приводили в пределах «от» и «до» (например, диаметр сосудов варьирует в пределах 100–150 мкм). Определения выполнены в трехкратной биологической повторности с анализом и обработкой в каждом случае не менее 25 полей зрения. Результаты подвергали статистической обработке по программе StatSoft STАTISTICA 6.0. Уровень значимости 5% (W=5), доверительный уровень равен 95%. При этом, помимо вычисления средней арифметической, ошибки средней величины, среднего квадратичного отклонения, коэффициента вариации, находили достоверность средней величины, показатель точности.

Результаты исследования и их обсуждение.

Для единого подхода при проведении исследования был составлен кодекс диагностических признаков анатомического строения листа, по которым описывались виды (на поперечных срезах) [21].

Таким образом, исследование морфо-анатомической структуры листа показало, что листья данных видов дорзивентрального типа и имеют следующие отличительные особенности в строении эпидермы:

Вид R. catawbiense Michx – лист первого года: эпидерма покрывает верхнюю и нижнюю сторону листа (рис. 1). Верхний эпидермис однослойный. Основные клетки его овально-прямоугольной формы. Стенки основных клеток утолщены равномерно, толщина их внешних стенок 7,4 ± 0,24 мкм. Тангентальный размер основных клеток 52,5 ± 0,36 мкм. Радиальный размер 27,68 ± 0,38 мкм. Устьица, трихомы и кутикула отсутствуют (рис. 1).

Рисунок 1 – Топография тканей листа R. catawbiense Michx. (первого года)

Нижний эпидермис однослойный. Клетки различной формы, то более вытянутые, то более округлые. Тангентальный размер основных клеток составляет 27,76 ± 0,35 мкм. Радиальный размер клеток составляет 18,16 ± 0,34 мкм.

Устьичный аппарат аномоцитного типа (рис. 2). Устьица расположены хаотично, на уровне эпидермиса, не погруженные.

Рисунок 2 – Слепок нижней стороны листа R. catawbiense Michx. (первого года)

Лист второго года: верхний эпидермис двух-, трехслойный. Основные клетки верхнего эпидермиса прямоугольной формы. Стенки основных клеток утолщены равномерно, толщина которых 7,32 ± 0,29 мкм. Тангентальный размер основных клеток 42,68 ± 0,38 мкм (67,96 ± 0,41 мкм), а радиальный размер 17,6 ± 0,39 мкм (42,72 ± 0,44 мкм). Эпидермис покрыт сплошным слоем кутикулы, радиальный размер которой 6,88 ± 0,18 мкм (рис. 3).

Рисунок 3 – Топография тканей листа R. catawbiense Michx. (второго года)

Нижний эпидермис однослойный. Клетки различной формы, то более вытянутые, то более округлые. Тангентальный размер основных клеток составляет 27,8 ± 0,34 мкм. Радиальный размер клеток составляет 22,8 ± 0,37 мкм. Эпидермис снизу покрыт сплошным слоем кутикулы, радиальный размер которой 12,92 ± 0,37 мкм.

Устьичный апарат, как и в нижней эпидерме листа первого года, аномоцитного типа (рис. 4). Устьица расположены хаотично, на уровне эпидермиса, не погруженные.

Рисунок 4 – Слепок нижней стороны листа R. catawbiense Michx. (второго года)

Вид R. davidsonianum Rehd. – лист первого года: эпидерма покрывает верхнюю и нижнюю сторону листа (рис. 5). Верхний эпидермис однослойный. Поперечное сечение основных клеток имеет овальную форму. Тангентальный размер основных клеток составляет 42,04 ± 0,34 мкм, а радиальный размер – 17 ± 0,35 мкм. На поперечном срезе видно, что клетки имеют каплевидную форму и плоскость. Внешние оболочки эпидермальных клеток покрыты слоем кутикулы. Стенки основных клеток не утолщены, толщина внешних стенок 2,5 ± 0,06 мкм. Радиальный размер кутикулы 4,02 ± 0,12 мкм. Формирование простых трихом обнаружено на верхнем эпидермисе (рис. 5).

Рисунок 5 – Топография тканей листа R. davidsonianum Rehd. (первого года)

Нижний эпидермис представлен одним слоем клеток (в области пучка двухслойный). Клетки нижнего эпидермиса имеют овальную вытянутую форму (рис. 5). Стенки основных клеток утолщены, внутренняя поверхность оболочки имеет волнистую поверхность. Толщина внешних стенок основных клеток 3–5 ± 0,12 мкм. Тангентальный размер основных клеток 17,8 ± 0,45 мкм, а радиальный размер – 17,4 ± 0,43 мкм.

Эпидерис покрыт кутикулой, радиальный размер которой 4,04 ± 0,19 мкм.

Устьичный аппарат гексоизоцитного типа по Анели (рис. 6). Устьица расположены хаотично, на уровне основной эпидермы.

Рисунок 6 – Слепок нижней стороны листа R. davidsonianum Michx.

Лист второго года: верхний эпидермис представлен двумя слоями клеток: клетки первого слоя имеют овальную форму, а второго слоя – вытянутую в радиальном направлении (рис. 7). Тангентальный размер основных клеток составляет 47,2 ± 0,79 мкм (первый слой) и 56,04 ± 0,19 (второй), а радиальный размер 23,08 ± 0,46 мкм. На поперечном срезе видно, что клетки имеют каплевидную форму. Стенки основных клеток равномерно утолщены. Оболочки эпидермальных клеток покрыты слоем кутикулы. Радиальный размер кутикулы 5,3 ± 0,15 мкм. На верхнем эпидермисе обнаружены трихомы простого типа (рис. 7).

Рисунок 7 – Верхний эпидермис листовой пластинки R. davidsonianum Michx. (второго года)

Нижний эпидермис представлен одним слоем клеток (в области пучка двухслойный). Клетки нижнего эпидермиса имеют овально-вытянутую форму. Внутренняя оболочка основных клеток имеет волнистую поверхность. Толщина внешних стенок основных клеток равна 2,44 ± 0,09 мкм. Кутикула отсутствует.

Устьичный аппарат гексоизоцитного типа. Замыкающие клетки произвольно располагаются относительно околоустьичных (рис. 8).

Рисунок 8 – Слепок нижней стороны листа R. davidsonianum Michx. (второго года)

Вывод

Эпидермальный комплекс листа является, с одной стороны, барьером и, с другой стороны, связующим звеном с окружающей средой, а потому исследование его структуры позволяет лучше понять процессы воздушного питания, а также существование вида в различных экологических условиях и для выявления адаптационных особенностей в новых местах произрастания.

About the authors

Yulia Vladimirovna Bondar

Author for correspondence.
Email: ulchitay@mail.ru

senior lecturer of Botany and Ecology Department

Sergey Vladimirovich Zerkal

Email: ulchitay@mail.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Botany and Ecology Department

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Figure 1 - Topography of leaf tissues of R. catawbiense Michx. (first year)

Download (16KB)

Indexing metadata

3. Figure 2 - An impression of the underside of a sheet of R. catawbiense Michx. (first year)

Download (14KB)

Indexing metadata

4. Figure 3 - Topography of leaf tissues of R. catawbiense Michx. (second year)

Download (11KB)

Indexing metadata

5. Figure 4 - An impression of the underside of a sheet of R. catawbiense Michx. (second year)

Download (17KB)

Indexing metadata

6. Figure 5 - Topography of leaf tissues of R. davidsonianum Rehd. (first year)

Download (12KB)

Indexing metadata

7. Figure 6 - An impression of the underside of a leaf of R. davidsonianum Michx.

Download (15KB)

Indexing metadata

8. Figure 7 - Upper epidermis of the leaf blade of R. davidsonianum Michx. (second year)

Download (8KB)

Indexing metadata

9. Figure 8 - An impression of the underside of a leaf of R. davidsonianum Michx. (second year)

Download (11KB)

Indexing metadata