CC BY
51
Анатомические особенности вегетативных органов Ме1атругит амепве L. степной зоны Южного Урала
Н.Ф. Гусев, д.б.н, профессор, А.А. Дрогайцева, преподаватель, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ; О.Н. Немерешина, к.б.н, ФГБОУ ВО ОрГМУ
Одной из актуальных проблем медицинской и биологической науки на современном этапе развития общества является поиск новых источников лекарственного растительного сырья (ЛРС), содержащих комплекс биологически активных веществ и способных пополнить ассортимент лекарственных средств растительного происхождения [1, 2]. Препараты растительного происхождения занимают особое место в профилактике и лечении различных заболеваний. Лекарственные средства, изготовленные на основе ЛРС, обладают различными видами фармакологического действия, не обладают токсичностью и достаточно редко вызывают аллергические реакции в организме человека.
Одним из регионов в РФ, обладающих значительным ресурсным потенциалом в отношении целого ряда лекарственных растений, следует считать Оренбургское Предуралье, где произрастает более полутора тысяч видов сосудистых растений [2].
Исследуя в период ботанических экспедиций (2000—2015 гг.) флористический состав лекарственных растений Южного Урала, мы обратили внимание в первую очередь на виды, применяемые в народной медицине края и являющиеся перспективными для использования в современной фитотерапии. Из многообразия лекарственных растений степной зоны Оренбургского Предуралья интерес представляют виды рода Melampyrum L. — марьянника, семейства Scrophulariaceae Juss. — норичниковые. В фитоценозах Южного Предуралья встречаются следующие представители рода: M. cris-tatum L. — марьянник гребенчатый; М. nemomsum L. — м. дубравный; М. pratense L. — м. луговой; М. ar-vеnse L. — м. полевой [3, 4]. Указанные виды марьянников произрастают почти во всех областях средней полосы РФ [3]. В степной и лесостепной зонах Оренбургского Предуралья (большей частью в центральных районах) наибольшее распространение имеет M. arvense [3, 5]. Обширный ареал вида в регионах Урала и Поволжья и широкое применение его в народной медицине обусловило предмет нашего исследования.
Целью представленной работы является изучение анатомического строения надземных органов Melampyrum a^nse L., произрастающего на территории Южного Урала, и установление диагностических признаков ЛРС.
Материал и методы исследования. Марьянник луговой (Melampyrum аrvense L.) — однолетнее травянистое полупаразитное растение сем. норичниковых (Scrophulariaceae Juss.), мезофит,
в центральных районах Оренбургской области произрастает куртинами (обилие до 4—5 баллов), встречается рассеянно, в лесозащитных полосах с сомкнутостью крон 0,3—0,5, на опушках колков в злаково-разнотравных и разнотравных травостоях с проективным покрытием 30—70%, c обилием 1—4 балла по шкале Друде. В народной медицине применяется под названием чёрная трава, оказывает седативное, нейролептическое действие, нормализует пищеварение, обладает инсектицидным, противовоспалительным, кардиотоническим и ранозаживляющим действием [5, 6]. Настой травы применяют для лечения нервных и сердечнососудистых заболеваний, а наружно — в виде примочек при кожных заболеваниях [6]. В народной медицине Оренбурской области траву марьянника полевого в виде настоя применяют для лечения детей при нервных заболеваниях, называемых «родимчик» (судороги), и как успокаивающее при аритмии и неврозах. В ветеринарии настой травы M^rvense используют как ранозаживляющее при лечении крупного рогатого скота [6].
Химический состав ЛРС и анатомо-морфологи-ческие признаки M. аrvense L. изучены недостаточно, особенно на региональном уровне.
Для изучения анатомических признаков надземных органов растения были собраны образцы растений в различных местообитаниях: на остеп-нённых лугах центральной части региона и в сухостепной зоне южного района Оренбургского Предуралья (табл.).
Анатомию листа и стебля растения изучали на препаратах, изготовленных согласно модифицированному методу, изложенному в отечественной литературе [7]. Для этого исследуемый материал фиксировали в течение суток в растворе молекулярного фиксатора. Затем вырезали фрагменты органа и подвергали автоматической гистологической доводке в аппарате Tissue Tech Xpress (Sakura, Япония). После этого изготавливали парафиновые блоки с исследуемым объектом, с которых делали серийные срезы. Нанесённые на стекло срезы депарафиниро-вали в ксилоле и обесцвечивали жавелевой водой, а затем окрашивали гематоксилином и эозином по стандартной методике. Полученные микропрепараты изучали под микроскопом Nikon Eclipse 50i (Nikon, Япония), оснащённым цифровой камерой, которой производили морфометрию при помощи программы Adobe Photoshop CS5. Использовали инструмент «Линейка» (размеры в пикселях). На каждый микрофотографии присутствовала шкала измерений, откалиброванная при помощи объекта-микрометра «ЛОМО» (ЛОМО, Россия) с ценой деления 0,5 мм. Пиксели переводили в микрометры решением обычной пропорции.
Определение наличия и локализации слизей в растениях проводили на свежих объектах, используя микрохимические реакции [7, 8]. В качестве реактивов использовали раствор метиленовой синий (1:5000) и концентрованный раствор сульфата меди с добавлением едкого калия. При просмотре микропрепаратов под микроскопом места локализации слизей обнаружили по голубому и сине-голубому окрашиванию содержимого клеток растения.
Результаты исследования. Листовая пластинка марьянника полевого имеет типичное дорсовен-тральное строение с отчётливо выраженным делением на палисадную и губчатую ткани, что характерно для растений семейства 8сгоркы1апасеае [2, 9] (рис. 1). Мезофилл листа образован двухрядной палисадной паренхимой, прерываемой над жилкой, и губчатой тканью, расположенной в семь, а иногда — в восемь слоёв. В самых верхних листьях растений дифференциация тканей выражена нечётко. Здесь палисадная ткань однослойная, реже двухслойная, а губчатая расположена в семь рядов клеток со значительным количеством вместилищ со слизью. Высота клеток палисадной ткани от 92,2 до 100 мкм, их ширина 23,0 мкм, а диаметр клеток губчатой паренхимы до 22,13 мкм (табл., рис. 1).
При этом толщина палисадной ткани несколько превышает (более 50%) толщину губчатой паренхимы, что характерно для растений, имеющих ксероморфную структуру. Руководствуясь указанным положением, М. агуете следует считать растением мезофорфной структуры с тенденцией ксерофитизации [2, 10].
Толщина среднего листа около 365 мкм, а мезофилла — от 269 до 287 мкм (табл. 1). С верхней стороны лист покрыт кутикулой, толщина которой у среднего листа до 3,81 мкм. Клетки эпидермиса на поперечном разрезе имеют прямоугольную форму и слегка вытянуты в длину. Толщина клеток эпидермиса верхней стороны листа около 30 мкм, а эпидерма нижней стороны листа — до 21 мкм (табл., рис. 1).
Клетки эпидермиса верхней стороны листа в плоскости мелкоизвилистые. Длина клеток 71,0+21,7 мкм, а их ширина — 30,4+7,7 мкм. Клетки эпидермиса нижней стороны листа в плоскости крупноизвилистые. Длина их около 75 мкм, а ширина равна 40,8+7,1 мкм.
Устьица располагаются на обеих сторонах листа, причём на эпидермисе верхней стороны в меньшем количестве, до 55 шт. на 1 мм2. Количество устьиц на эпидермисе нижней стороны листа до 147 шт. на 1 мм2. Устьица ранункулоидного типа, сопровождаемые 3—5 сопровождающими клетками различного размера.
Опушение имеется на обеих сторонах листа, но на нижней стороне, и особенно по краю пластинки, оно несколько обильнее. Простые волоски расположены по всей листовой пластинке, но их количество увеличивается к верхушке листа. Длина
волосков от 40 до 250 мкм. Они бывают одно-, трёх-, реже четырёх — пятиклеточные, с заострёнными и закруглёнными концами, что характерно для растений семейства норичниковых [2, 9].
Главная жилка листа заметно выдаётся с его нижней стороны и имеет один проводящий пучок, заключённый в мощную механическую обкладку с верхней и нижней стороны. Черешок листа (рис. 2) в средней части имеет форму от округло-треугольной до овально-треугольной, с сильно выпуклой нижней и вогнутой верхней сторонами. Проводящая система представлена одним центральным и двумя мелкими боковыми сосудисто-волокнистыми пучками. Сверху и снизу пучка расположены участки склеренхимы. Снаружи пучок окружён кольцом клеток паренхимной обкладки. Основная часть черешка листа представлена крупноклеточной паренхимой, в которой локализованы значительные вместилища слизей. Покровная ткань черешка — эпидерма, наружные стенки клеток которой утолщены. Кутикула на эпидермисе черешка не превышает размеров этой ткани пластинки листа.
Трихомные образования черешка и пластинки листа представлены многочисленными простыми и редко железистыми волосками. На черешке листа волоски отмечены в значительном количестве в той части, которая прилегает к пластинке. На собственно черешке волоски встречаются единично.
Клетки эпидермы и мезофилла листа М. агуете, встречающегося в южных районах Оренбургской области (сухостепная зона), несколько мельче по сравнению с растениями, произрастающими на остепнённых лугах центральных районов. Таким образом, у растений, встречающихся в южных засушливых районах области, более выражена толщина кутикулы и мелкоклеточность тканей (табл.).
Характерной особенностью анатомии листа М. агуете является наличие вместилищ слизи -стых веществ, расположенных по всей пластинке
6 3 7
Рис. 1 - Поперечный срез пластинки листа Ме1атругит агуете:
1 - кутикула; 2 - эпидерма верхней стороны листа; 3 - эпидерма нижней стороны листа; 4 - палисадная паренхима; 5 - губчатая паренхима; 6 - вместилище слизистых веществ; 7 - воздухоносная полость
Анатомические признаки вегетативных органов Melampyrum arvense Ь. степной зоны Оренбургского Предуралья (2015 г.)
Анатомические признаки (мкм, шт) Зональность и местообитание
степь. Остепнённые луга (окр. села Саракташ) степь-залежь, сухо-степная зона (Беляевский район, заповедник «Оренбургский»
Толщина пластинки листа 336,6±0,12 364,1±0,18
Толщина мезофилла 286,9±0,17 268,4±0,26
Количество слоёв палисадной ткани (шт) 2 2
Количество слоёв губчатой ткани (шт) 7-8 7
Высота клеток палисадной ткани 99,8±0,13 92,2±0,2
Ширина клеток палисадной ткани 22,1±0,1 20,3±0,09
Диаметр клеток губчатой ткани 22,13 21,06
Толщина клеток эпидермы верхней стороны листа 28,6±0,15 24,1±0,11
Толщина эпидермы нижней стороны листа 20,5±0,12 16,9±0,1
Толщина кутикулы верхней эпидермы листа 3,6±0,21 3,8±0,14
Толщина кутикулы эпидермы нижней стороны листа 2,0±0,17 3,1±0,2
органа и в основной ткани черешка (рис. 1, 2). Места локализации слизей в исследуемых образцах при использовании гистохимических реакций [7] принимали голубое и сине-голубое окрашивание.
Стебель M. arvense на поперечном срезе округлый, имеет непучковое строение (рис. 3), характерное для семейства норичниковых [2]. Верхняя, средняя и нижняя части стебля не демонстрируют принципиальных отличий анатомического строения и отличаются лишь толщиной тканей. Центральная часть стебля занята крупноклеточной тканью, а в старых стеблях, особенно в нижней части, в сердцевине образуется полость.
Покровная ткань стебля — эпидерма представлена клетками почти прямоугольной формы толщиной до 15 мкм. На эпидерме стебля отмечены простые многоклеточные волоски и в незначительном числе головчатые с одно-, реже — двуклеточной ножкой. Устьица на эпидерме стебля встречаются в небольшом количестве. Эпидерма стебля в плоскости состоит из клеток с извилистыми утолщёнными стенками до 83 мкм длины и до 32 мкм шириной. Первичная кора широкая (до 380 мкм) и состоит из слабовыраженной колленхимы и крупноклеточной паренхимы с диаметром клеток до 39 мкм.
Эндодерма выражена отчётливо, клетки её на поперечном разрезе вытянуты в тангентальном направлении, имеют овальную форму. Длина их равна 21,5+0,9 мкм, ширина — 8,8±0,3 мкм.
В центральном цилиндре перицикл не выражен и представлен паренхимными клетками. Вторичный луб имеет типичное для двудольных растений строение: состоит из ситовидных трубок, их спутников, лубяной паренхимы и хорошо развитых лубяных волокон. Зона луба узкая и представлена мелкими тонкостенными клетками, наибольший диаметр которых достигает 9 мкм. Толщина флоэмы с ростом растения изменяется незначительно. В период цветения — начала плодоношения растений толщина её достигает 4450 мкм.
Камбий в стебле не выражен, но иногда просматривается довольно слабо. Подобное явление
характерно для периода цветения — начала плодоношения растений [2, 9].
Зона древесины широкая и имеет строение, типичное для двудольных растений. Радиус древесины составляет около 102+5,7 мкм. Сосуды располагаются правильными радиальными рядами, пространство между которыми занято паренхимными клетками. Диаметр просветов сосудов достигает 27 мкм. Сердцевинные лучи выражены не вполне отчётливо. Сердцевина занимает значительную часть центрального цилиндра стебля и достигает в диаметре 1070 мкм. Сердцевина представлена крупными тонкостенными клетками в центре стебля до 75 мкм и более мелкими в перимедулярной зоне, с диаметром около 15 мкм.
Анатомическое строение цветоноса сходно со стеблем и отличается толщиной тканей.
В стебле M. arvense обнаружено значительное количество вместилищ со слизью, образованных путём перерождения (растворения) оболочек клеток. Они локализуются в клетках паренхимы коры, эндодермы и флоэмы, образуя крупные вместилища. Отдельные участки слизей обнаружены в ксилемной части и перимедулярной зоне (рис. 3).
Растения, произрастающие в условиях резко континентального засушливого климата, в процессе эволюционной адаптации выработали ряд защитных механизмов: мощная кутикула, мелкоклеточ-ность тканей, наличие различных типов трихомы на наземных частях растений, накопление защитных и запасных веществ и другие. Оренбургское Предура-лье расположено в степной зоне, где показатели теплообеспеченности и гидротермического режима существенно изменяются в различных районах [11]. При этом в южных и восточных районах Оренбургской области, характеризующихся повышенной инсоляцией и недостатком влаги, нередки засухи и суховеи.
Результаты исследования анатомо-морфологи-ческих признаков марьянника полевого свидетельствуют, что растения, произрастающие в различных местообитаниях степной зоны, незначительно
Рис. 2 - Поперечный срез черешка листа Ме1атругит агуете Ь.:
1 - кутикула; 2 - эпидерма; 3 - основная ткань; 4 - паренхимная обкладка; 5 - склеренхима; 6 -ксилема; 7 - флоэма; 8 - вместилище слизистых веществ
отличаются по общему габитусу и анатомическим признакам (табл.). При этом установлено, что в тканях надземных органов И. агуете имеются многочисленные вместилища слизей. Слизи обнаружены в мезофилле листа марьянника полевого и в основной ткани черешка в виде крупных вместилищ. В стебле растения слизи локализованы в первичной коре, во флоэме, в ксилемной части и в перимедулярной зоне (рис. 3). При этом отмечено, что размеры вместилищ слизистых веществ несколько выше в растениях, произрастающих в сухо-степной зоне в южных районах области.
Известно, что слизи относятся к группе полисахаридов и выполняют в растениях роль резерва углеводов, воды и защитного биоколлоида [10]. Поэтому можно предположить, что многочисленные вместилища слизей в тканях надземных органов И. агуете являются одним из механизмов адаптации вида к экстремальным условиям в регионе Южного Урала.
Выводы.
1. Анатомическое строение надземных органов Мelаmpyгыm агуете Ь. в целом имеет черты, общие для представителей семейства Scгophыlaгiaceae Juss.
2. Среди диагностических признаков ЛРС вида представлены: наличие мощной кутикулы и плотно-сомкнутые клетки эпидермы на обеих сторонах листовой пластинки, дорсовентральное строение листа, наличие одного крупного проводящего пучка в черешке листа и наличие вместилищ слизистых веществ в надземных органах растения.
3. Растения И. arven.se, произрастающие в различных местообитаниях степной зоны Оренбургского Предуралья, в анатомическом плане отличаются незначительно. Палисадная паренхима листа И. агуете незначительно превышает (более
9
Рис. 3 - Поперечный срез стебля Melampyrum arvense L.:
1 - кутикула; 2 - эпидерма; 3 - колленхима; 4 -коровая паренхима; 5 - эндодерма; 6 - перицикл; 7 - флоэма; 8 - ксилема; 9 - вместилище слизей
50%) толщину губчатой ткани, что свидетельствует о мезоморфности вида с тенденцией к ксерофи-тизации растения.
4. Защитные механизмы в надземных органах M. arvense проявляются наличием плотной кутикулы, опушения, а также наличием вместилищ слизистых веществ в тканях, что более выражено у растений, произрастающих в южных районах сухо-степной зоны региона.
5. Вместилища слизей обнаружены во всех надземных органах M. arvense, что, вероятно, следует считать одним из механизмов адаптации вида к климатическим условиям степной зоны Южного Урала.
Литература
1. Машковский М.Д. Лекарственные средства: М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков. 2014. 12—16 с.
2. Гусев Н.Ф. Биологические особенности и перспективы использования растений рода Veronica L. лесостепного и степного Предуралья: автореф. дисс. ... докт. биол. наук. Оренбург. 2010. 45 с.
3. Флора Европейской части СССР. Л.: Наука. 1981. Т.Б. 378 с.
4. Маевский П.Ф. Флора Средней полосы Европейской части РФ. Изд. 10-е. М., 2006. 601 с.
5. Немерешина О.Н., Гусев Н.Ф. К вопросу изучения анти-оксидантной защиты высших растений в условиях влияния атмосферных выбросов предприятий Газпрома // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. № 2 (30). Оренбург, 2011. С. 218-224.
6. Махлаюк В.П. Лекарственные растения в народной медицине. М.: Нива России, 1992. 478 с.
7. Долгова А.А., Ладыгина Е.Я. Руководство к практическим занятиям по фармакогнозии. М.: Медицина, 1987. 256 с.
8. Государственная фармакопея СССР. 11-е изд. Вып. 2. М.: Медицина, 1990. 400 с.
9. Кучеров Е.В., Щелокова Л.Г. Наперстянка крупноцветковая на Урале и её рациональное использование. Уфа: БФАН СССР, 1987. 124 с.
10. Немерешина О.Н., Гусев Н.Ф. Анатомо-морфологические особенности перспективных растений степного Урала Plautago maxima Juss. // Биофармацевтический журнал. 2015. Т. 7. № 4. С. 22-30.
11. Энциклопедия «Оренбуржье». Т. 1: Природа. Калуга: «Золотая аллея», 2000. 192 с.
