CC BY
35
УДК 581.845
А.В. Соколова
канд. биол. наук, доцент, кафедра биологии и методики обучения биологии, ФГБОУ ВПО «(Благовещенский государственный педагогический университет»
ДИАГНОСТИКА НЕКОТОРЫХ ВИДОВ РОДА VIOLA L.
АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ ПО СТРОЕНИЮ ЭПИДЕРМЫ ЛИСТА
Аннотация. В статье приведен сравнительный анализ строения эпидермы листа пяти видов рода Viola, произрастающих в Благовещенском районе Амурской области. Определены важнейшие диагностические и условно-информативные признаки, которые могут быть использованы для внутривидовой диагностики.
Ключевые слова: род Viola, Амурская область, эпидерма, лист, диагностические признаки.
A.V. Sokolova, Blagoveshchenskiy Pedagogical University
THE DIAGNOSTIC ANALYSIS OF A STRUCTURE OF EPIDERMIS OF LEAVES OF VIOLA GENUS
Abstract. The comparative analysis of an epidermis structure of leaves of five species of Viola genus which are found in the Blagoveshchensk area of Amur region are drawn in the article. Besides, the most important diagnostic and conditionally informative signs which can be used for diagnostic analysis of species are defined.
Keywords: genus Viola, Amur region, epidermis, leaf, diagnostic signs.
Род Viola L. включает 450-500 видов, из которых на территории России произрастает более 100. Согласно сводке «Сосудистые растения советского Дальнего Востока» (1987) [11], изученные нами виды отнесены к 2 секциям: Trigonocarpea Gord. и Violidium (C. Koch) Juz. В секцию Trigonocarpea включены растения с розеточными и пазушными удлиненными побегами, у которых в цветках столбик кверху постепенно утолщается, а спереди имеет короткий клювик. К секции Violidium относятся растения только с розеточными побегами, у которых в цветках столбик блюдцевидно-приплюснутый на верхушке, а спереди - с коротким носиком. У представителей обеих секций имеются хазмогамные и клейстогамные цветки.
Из видов секции Trigonocarpea нами исследовано два: Viola sacahalinensis Boissieu (фиалка сахалинская) и V. acuminata Ledeb. (ф. приостренная). Также нами изучены V. selkirkii Pursh ex Goldie (ф. Сель-кирка), V. trichosepala (W. Beck.) Juz (ф. реснитчато-чашелистиковая), V. alisoviana Kiss. (ф. Алисовой), V. prionantha Bunge (ф. зубчато-цветковая) и V. mandshurica W. Beck (ф. маньчжурская), - все относящиеся к секции Violidium.
V. sacahalinensis - растение с розеточными и удлиненными пазушными побегами, до 30-40 см высотой. Листья сердцевидные, с неглубокой широкой выемкой в основании. Лепестки сиреневые с белым основанием.
V. acuminatа - растение до 40-50 см высотой, с прямостоячими или приподнимающимися облиственными побегами. Листья почковидные или широкояйцевидные, с глубокосердцевидным основанием. Лепестки от почти белых до темно-голубых и синих.
V. selkirkii - растение до 20 см высотой. Листья сердцевидные, с глубокой узкой выемкой в основании. Лепестки от бледно-голубых до голубых.
V. trichosepala - растение до 10 см высотой. Листья сердцевидные или треугольные, с сердцевидным основанием. Лепестки фиолетовые.
V. alisoviana - растение до 20 см высотой. Листья яйцевидные, продолговатые или ланцетные с сердцевидным основанием. Лепестки светло-сиреневые, фиолетовые, реже белые.
V. prionantha - растение до 10-15 см высотой. Листья ланцетные или продолговато-ланцетные, усеченные в основании. Лепестки фиолетовые.
V. mandshurica - растение до 20 см высотой. Листья ланцетные или продолговато-ланцетные, в основании закругленные или усеченные. Лепестки темно-фиолетовые, с еще более темными прожилками [3, 11].
Как следует из анализа литературы, видовой состав фиалок Амурской области изучен достаточно полно. Так, В.Л. Комаров во «Флоре Маньчжурии» [7, с. 364] для территории Амурской области приводит 13 видов рода Viola. В.Н. Ворошилов в сводке «Список сосудистых растений советского Дальнего Востока» [4, с. 139], указывает уже 26 видов. В.М. Старченко [12] отмечает 27 видов фиалок, 5 из которых занесены в Красную книгу растений Амурской области, 1 вид (V. incise Turcz.) - в Красную книгу России. Род Viola в Амурской области по численности видов занимает шестое место в десятке лидирующих.
Также имеются работы по распространению фиалок в различных административных районах области [2, 6, 8, 9, 13], а вот сведения по анатомии вегетативных органов фиалок отсутствуют. Однако
вследствие большого морфологического сходства определение видов этого рода бывает значительно затруднено, даже когда растение находится в цветущем состоянии. В связи с этим, мы считаем, что привлечение дополнительных анатомических признаков (в частности, строение эпидермы листа) будет необходимым для диагностики видов рода Viola. В связи с этим, целью работы является выявление анатомических признаков в строении эпидермы листа, которые могут быть использованы для диагностики на межвидовом уровне.
Материал и методика. Материалом для исследования послужили листья семи видов рода Viola (все они перечислены выше), произрастающие в Благовещенском районе Амурской области. Латинские названия растения приведены в соответствии со сводкой «Сосудистые растения советского Дальнего Востока» [11].
Для анализа брали листья из средней части годичного побега в трехкратной повторности. Эпидерму снимали простым механическим воздействием со свежего листа в средней трети, между краем и центральной жилкой, сохраняли заключенными в глицерин-желатину [10]. Готовые микропрепараты рассматривали под микроскопом МС-10. Для каждого вида изготавливали 4 препарата. Линейные размеры микрообъектов определяли окуляр-микрометром. При описании эпидермиса особое внимание уделяли очертанию основных эпидермальных клеток, их углов, а также проекции площади эпидермальных клеток в плане, форме трихом [5, с. 64]. Количество основных эпидермальных клеток и устьиц на 1 мм2 поверхности листа подсчитывали в 20-ти повторностях; определяли среднюю длину основных эпидермальных клеток, замыкающих клеток устьиц, трихом, устьичный индекс. При определении типа устьичного аппарата использовали работу М.А. Барановой [1, с. 1585].
Статистическая обработка результатов измерений проводилась с использованием компьютерной программы Microsoft Excel «Статистика». Фотографии сделаны цифровым фотоаппаратом Olimpus FE-310 при увеличении микроскопа 10х40.
Результаты исследования. Проведенные исследования показали, что виды секции Trigonocarpea различаются по форме основных клеток эпидермы. У V. sacahalinensis верхняя эпидерма построена прямолинейно-округлыми (рис. 1, А), у V. acuminata - округло-извилистыми клетками. У обоих видов проекция площади эпидермальных клеток в плане круглая или эллиптическая. Углы в смежных границах закругленные и заостренные.
Нижняя эпидерма построена извилистыми (V. sacahalinensis) или округло-извилистыми (V. acuminata) (рис. 1, Б) эпидермальными клетками. Проекция площади эпидермальных клеток в плане распластанная, углы в смежных границах также закругленные и заостренные.
Виды сходны размерами основных эпидермальных клеток, но отличаются их числом на 1 мм2 листовой поверхности. Длина верхних эпидермальных клеток в среднем составляет 0,05±0,003 мкм, ширина 0,03±0,002 мкм; нижних - 0,06±0,003 мкм и 0,03±0,001 мкм соответственно. Число эпидермальных клеток на 1 мм2 верхней эпидермы несколько меньше у V. sacahalinensis - в среднем 462,08±14,7, у V. acuminata их 628,14 ±17,22. Аналогичные показатели в нижней эпидерме - 353,78±15,20 и 425,98±13,41 соответственно.
У обоих видов устьица располагаются только в нижней эпидерме (листовая пластинка гипостома-тическая). Замыкающие клетки имеют форму полумесяца с тупыми концами и расположены на одном уровне с соседними эпидермальными клетками. Устьичный аппарат аномоцитный (рис. 1, Б). Условно информативным признаком может служить число устьиц на 1 мм2 листовой поверхности. Больше всего устьиц в эпидерме V. sacahalinensis - в среднем 185,55±2,65. У V. аcuminatа на 1 мм2 располагается 114,07±4,41 устьиц. Длина замыкающих клеток устьиц у обоих видов одинаковая и составляет в среднем 0,02±0,001 мкм.
Надежным диагностическим признаком на уровне секции Trigonocarpea может служить характер опушения эпидермы. У V. аcuminatа трихомы встречаются и в верхней и в нижней эпидерме; у V. sacahalinensis - только в нижней эпидерме. По форме трихомы одинаковые: одноклеточные шиловидно-прямые.
У V. аcuminatа длина трихом верхней эпидермы в среднем составляет 0,32±0,018 мкм. Число их на 1 мм2 листовой поверхности 14,44 ±2,88. В нижней эпидерме у обоих видов длина трихом одинаковая -в среднем 0,21±0,011 мкм. Число трихом на 1 мм2 листовой поверхности и число клеток у основания волосков не могут являться информативными признаками. У обоих видов на 1 мм2 в среднем находится 21,66±2,39 трихом, возле основания которых находятся шесть клеток, которые по форме не отличаются от основных клеток эпидермы.
Виды секции Vюlidium также отличаются по ряду признаков строения эпидермы. У V. mandshurica верхняя эпидерма построена округло-извилистыми, у V. selkirkii - прямолинейными клетками (рис. 2, А). У трех других видов (V. trichosepala, V. alisoviana и V. prionantha) верхняя эпидерма состоит из прямолинейно-округлых клеток (рис. 2, Б).
Проекция площади верхних эпидермальных клеток в плане у всех видов круглая или эллиптическая. Исключение составляет V. selkirkii с прямоугольной проекцией площади эпидермальных клеток. Углы в смежных границах закругленные и заостренные, за исключением V. selkirkii, у которой углы между клетками тупые (рис. 2, А). Нижняя эпидерма у всех видов построена извилистыми основными эпидермальными клетками, которые имеют распластанную проекцию площади в плане. Углы в смежных границах закругленные и заостренные.
Виды диагностируются по размерам основных эпидермальных клеток. В верхней эпидерме самые мелкие клетки имеет V. mandshurica - в среднем 0,04± 0,005 мкм длиной и 0,02±0,002 мкм шириной. Несколько крупнее клетки у V. alisoviana - в среднем 0,06±0,04 мкм длиной и 0,03±0,002 мкм шириной. Более крупные клетки у V. trichosepala и V. Prionantha - 0,08±0,005 мкм длиной, 0,05±0,003 мкм шириной и 0,09±0,005 мкм длиной, 0,05±0,003 мкм шириной соответственно. Самые крупные эпидермальные клетки имеет V. selkirkii - в среднем 0,10±0,006 мкм длиной и 0,05±0,004 мкм шириной.
А Б
Рисунок 2 - Верхняя эпидерма V. selkirkii (А) и V. trichosepala (Б)
В нижней эпидерме размеры клеток также отличаются. У трех видов (V. selkirkii, V. trichosepala и V. prionantha) длина эпидермальных клеток в среднем составляет 0,08±0,005 мкм. У двух других видов (V. alisoviana и V. mandshurica) клетки более мелкие - в среднем 0,06±0,004 мкм. По ширине самые малень-
кие клетки имеет V. alisoviana - в среднем 0,02±0,002 мкм. Более широкие клетки у V. mandshurica, V. prionantha и V. Trichosepala - в среднем 0,03±0,003 мкм. Самые крупные по ширине эпидермальные клетки у V. selkirkii - в среднем 0,05±0,004 мкм.
Диагностическим признаком может служить число эпидермальных клеток на 1 мм2 листовой поверхности. В верхней эпидерме их больше всего у V. alisoviana и V. mandshurica - 490,96±13,87 и 425,98±13,16 соответственно. Несколько меньше у V. trichosepala - в среднем 245,48±12,81. Меньше всего у V. selkirkii и V. Prionantha - 194,94±8,21 и 166,06±8,85 соответственно.
В нижней эпидерме больше всего клеток у V. alisoviana - в среднем 404,32±12,74 на 1 мм2. Несколько меньше у V. mandshurica - 397,10±9,78. У V. trichosepala на 1 мм2 листовой поверхности находятся в среднем 296,02±11,47 эпидермальных клеток, у V. prionantha - 238,26±12,84. Меньше всего эпидермальных клеток у V. selkirkii - 166,06±8,76.
Виды можно диагностировать по расположению устьиц. У трех видов (V. selkirkii, V. mandshurica и V. prionantha) листовые пластинки амфистоматические; у V. alisoviana и V. trichosepala - гипостоматиче-ские. Замыкающие клетки также имеют форму полумесяца с тупыми концами и расположены на одном уровне с соседними эпидермальными клетками. Устьичный аппарат у всех видов аномоцитный (рис. 2, А).
Условно информативными признаками могут служить число устьиц на 1 мм2 поверхности листа и длина замыкающих клеток устьиц. В верхней эпидерме больше всего устьиц у V. mandshurica - в среднем 100,36±6,31. У V. selkirkii и V. prionantha их примерно одинаковое количество - 49,82±3,79 и 43,32±3,73 соответственно.
По числу устьиц в нижней эпидерме виды отличаются меньше. Так у V. selkirkii их в среднем 90,97±3,44 на 1 мм2; у V. prionantha - 101,80±6,49. Несколько больше устьиц у V. alisoviana -116,96±3,005 и V. mandshurica - 136,46±7,012. Больше всего устьиц в нижней эпидерме у V. trichosepala - 152,34±3,30.
В верхней эпидерме самые мелкие устьица имеет V. mandshurica - в среднем 0,021±0,001 мкм. У V. prionantha и V. selkirkii размеры замыкающих клеток устьиц примерно одинаковы - 0,036±0,001 и 0,031±0,002 мкм соответственно. В нижней эпидерме мелкие устьица нами были отмечены у V. mandshurica, V. trichosepala и V. alisoviana - 0,023±0,001 мкм, 0,022±0,001 мкм и 0,027±0,002 мкм соответственно. Несколько крупнее замыкающие клетки устьиц у V. selkirkii и V. prionantha - в среднем 0,031±0,002 мкм.
Листья всех изученных видов секции Violidium опушены с обеих сторон простыми, одноклеточными, шиловидно-прямыми волосками, возле основания которых находятся четыре клетки, которые по форме не отличаются от основных клеток эпидермы. Следовательно, форма трихом не может являться информативным признаком на межвидовом уровне.
Длина трихом может служить диагностическим признаком. Так в верхней эпидерме самые короткие трихомы имеют V. trichosepala и V. mandshurica - в среднем 0,16±0,001 мкм длиной. Несколько длиннее волоски у V. prionantha и V. Selkirkii - в среднем 0,28±0,014 мкм. Самые длинные трихомы у V. alisoviana - 0,34±0,014 мкм. В нижней эпидерме короткие трихомы имеет V. mandshurica - в среднем 0,11±0,007 мкм. Почти одинаковые по длине волоски у V. prionantha, V. trichosepala и V. selkirkii -0,23±0,024 мкм, 0,24±0,009 мкм, 0,27±0,015 мкм соответственно. Самые длинные трихомы у V. alisoviana -0,35±0,017 мкм.
Условно информативным признаком может быть число волосков на 1 мм2 листовой поверхности. В верхней эпидерме меньше всего трихом у V. selkirkii - всего 7,22±0,23 на 1 мм2. Несколько больше волосков у V. alisoviana и V. prionantha - в среднем 21,66±2,34. Больше всего волосков у V. trichosepala и V. mandshurica - в среднем 36,10±3,17 и 43,32±4,17 соответственно). В нижней эпидерме больше всего трихом у V. alisoviana - в среднем 36,10±3,77 на 1 мм2. У V. selkirkii и V. trichosepala число волосков одинаковое - в среднем 21,66±2,48; у V. mandshurica и V. prionantha их несколько больше - в среднем 28,88±2,98).
Проведенная работа позволяет считать, что признаки в строении эпидермы листа, в частности очертания эпидермальных клеток, характер расположения устьиц и трихом, могут быть использованы для внутривидовой диагностики некоторых видов рода Viola Амурской области.
Выводы
1. Для видов секции Trigonocarpea (V. sacahalinensis и V. acuminata) в строении эпидермы листа важнейшими диагностическими признаками являются: очертания эпидермальных клеток, число эпидермальных клеток и устьиц на 1 мм2 листовой поверхности, наличие трихом.
2. Информативными признаками в строении эпидермы листа на уровне секции Violidium (V. mandshurica, V. trichosepala, V. alisoviana, V. selkirkii, V. prionantha) являются: очертания, размеры и число на 1 мм2 основных эпидермальных клеток, расположение и число устьиц на 1 мм2 листовой поверхности, длина трихом. Условно диагностическими признаками могут быть длина замыкающих клеток устьиц и число трихом на 1 мм2 поверхности листа.
Список литературы:
1. Баранова М.А. Классификация морфологических типов устьиц // Ботанический журнал. - 1985.
- Т. 70, № 12. - С. 1585-1595.
2. Близнюк Т.Н. Флора Норского заповедника (Амурская область): автореф. дис. ...канд. биол. наук. - Владивосток, 2005.
3. Травянистые растения Приамурья / Н.В. Гриценко [и др.]. - Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2005.
- 108 с.
4. Ворошилов В.Н. Список сосудистых растений советского Дальнего Востока // Флористические исследования в различных районах СССР. - М.: Наука, 1985. - С. 139-200.
5. Захаревич С.Ф. К методике описания эпидермы листа // Вестн. Ленингр. ун-та. Сер. 3. - 1954. -№ 4. - С. 64-75.
6. Иваныкина Т.В. Флора Благовещенского заказника: автореф. дис. .канд. биол. наук. - Владивосток, 2007.
7. Комаров В.Л. Флора Маньчжурии: ч. 1-3 // Комаров В.Л. Избранные сочинения. - М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1945. - Т. 1.
8. Кудрин С.Г. Сосудистые растения // Флора и растительность Хинганского заповедника (Амурская область). - Владивосток: Дальнаука, 1998.
9. Природные комплексы урочища «Мухинка» / И.Г. Борисова [и др.]; под ред. Ю.А. Дармана и А.Н. Стрельцова. - Благовещенск: Изд-во БГПУ, 2002.
10. Прозина М.Н. Ботаническая микротехника. - М.: Высшая школа, 1960. - 206 с.
11. Сосудистые растения советского Дальнего Востока: в 8 т. / отв. ред. С.С. Харкевич. - Л.: Наука, 1987. - Т. 2.
12. Старченко В.М. Флора Амурской области и вопросы ее охраны. - М.: Наука, 2008. - 228 с.
13. Флора и растительность хребта Тукурингра / под ред. И.А. Губанова. - М.: Изд-во МГУ, 1981.
