Научная статья на тему 'Анатомическое строение корней сибирских видов рода касатик Iris L. , подрода Iris (Iridaceae)'

Анатомическое строение корней сибирских видов рода касатик Iris L. , подрода Iris (Iridaceae) Текст научной статьи по специальности «Ботаника»

144
52
Поделиться
Ключевые слова
ПРИДАТОЧНЫЕ КОРНИ / ВИДОСПЕЦИФИЧЕСКИЙ ПРИЗНАК

Аннотация научной статьи по биологии, автор научной работы — Байкова Елена Валентиновна, Доронькин Владимир Михайлович

Изучена анатомическая структура придаточных корней у 7 сибирских видов рода Iris (секции Iris, Psammiris и Pseudoregelia). Установлено утолщение оболочек клеток коровой паренхимы и эндодермы. Степень утолщения клеточных стенок во внутренней коре является видоспецифическим признаком и зависит от увлажнения в естественных местах обитания

Anatomical structure of adventive roots in 7 Siberian species of genus Iris (sections Iris, Psammiris and Pseudoregelia) have been studied. Thickness of cell walls in cortex parenchyma and endodermis was established. The degree of cell walls thickness in inner cortex is specific character and it depends on moistening in the natural habitats

Текст научной работы на тему «Анатомическое строение корней сибирских видов рода касатик Iris L. , подрода Iris (Iridaceae)»

Е.В. Байкова, В.М. Доронькин

АНАТОМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ КОРНЕЙ СИБИРСКИХ ВИДОВ РОДА КАСАТИК -

IRIS L., ПОДРОДА IRIS (IRIDACEAE)

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 04-04-49810, 04-04-48493.

Изучена анатомическая структура придаточных корней у 7 сибирских видов рода Iris (секции Iris, Psammiris и Pseudoregelia). Установлено утолщение оболочек клеток коровой паренхимы и эндодермы. Степень утолщения клеточных стенок во внутренней коре является видоспецифическим признаком и зависит от увлажнения в естественных местах обитания.

Ключевые слова: придаточные корни, видоспецифический признак.

В Сибири род касатик - Iris L. (Iridaceae) представлен 22 видами и 2 подвидами, принадлежащими к 5 подродам, 9 секциям и 14 сериям [1]. За последнее время для флоры Сибири был выявлен новый вид -I. psammocola Y.T. Zhao [2], отнесенный к секции Psammiris подрода Iris [3].

Анатомические признаки корней касатиков ранее использовались для анализа филогении рода и для диагностирования некоторых видов [4-6].

Одним из важнейших направлений сравнительноанатомических исследований корня является изучение серии видов какого-либо рода, различных по экологии, позволяющее проследить изменение структуры параллельно со становлением жизненных форм [7]. Условия обитания представителей рода Iris в Сибири разнообразны, включают широкий спектр сообществ, от альпийских лугов и лесных опушек до каменистых степей и барханных песков. Между тем анатомические особенности корней сибирских касатиков до сих пор не изучены. Этот пробел мы постарались восполнить, проведя сравнительное исследование корней всех видов, встречающихся в естественных условиях на территории Сибири.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Изучено анатомическое строение придаточных корней первого порядка у сибирских видов подрода Iris из секций Iris (I. glaucescens Bunge), Psammiris (Spach) Taylor (I. humilis Georgi, I. bloudowii Ledeb., I. potaninii Maxim., I. psammocola) и Pseudoregelia Dykes (I. tigridia Bunge, I. ivanovae Doronkin).

Материал собран в следующих естественных местах произрастания:

I. glaucescens - Алтайский край, Локтевский р-н, окр. с. Гилево. Закустаренная петрофитная степь, южная экспозиция. 10. VI. 2004 г. А. Королюк.

I. humilis - Республика Тыва, Тандинский р-н, окр. оз. Хадын. Бугристые пески. 31. V. 2005 г. В. Доронькин.

I. bloudowii - Республика Алтай, Улаганский р-н, устье р. Мажей. Суходольный луг с каменистыми выходами . 14. VII. 2005 г. Т. Мальцева.

I. potaninii - Республика Тыва, Эрзинский р-н, Государственный природный биосферный заповедник «Убсунурская котловина», Кластер Цугээр-Элс. Барханные пески. 01.VI. 2005 г. В. Доронькин.

I. psammocola - Республика Тыва, Эрзинский р-н, Государственный природный биосферный заповедник «Убсунурская котловина», Кластер Цугээр-Элс. Барханные пески. 01.VI. 2005 г. В. Доронькин.

I. tigridia - Республика Тыва, Эрзинский р-н, Государственный природный биосферный заповедник «Убсунурская котловина», Кардон Идык-Хончу. Каменистая степь. 28. V. 2005 г. В. Доронькин.

I. ivanovae - Читинская обл., Ононский р-н, Государственный природный биосферный заповедник «Даурский», берег оз. Зун-Торей, гора Чихолан, вершина пла-кора. Каменистая степь. 20. VI. 2004 г. В. Доронькин.

Для анализа брали однолетние хорошо развитые придаточные корни средневозрастных генеративных растений. После извлечения растений из грунта подземную часть тщательно отмывали в воде. Отбирали хорошо развитые корни средней толщины; их фрагменты фиксировали в 70-градусном этиловом спирте. Временные препараты готовили по стандартной методике [8]. Срезы делали бритвой от руки на расстоянии около 1,5 см от кончика корня. Для обнаружения одревеснения оболочек клеток срезы обрабатывали спиртовым раствором флороглюцина и далее - концентрированной соляной кислотой. Для просветления и временного хранения препаратов срезы помещали в глицерин.

Исследования препаратов проводили с помощью светового микроскопа фирмы Carl Zeiss при увеличениях *140 и *280; фотографировали при помощи цифрового фотоаппарата Canon Power Shot G2.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для исследованных видов установлен единый план строения корня. Первичная кора дифференцирована на наружную (экзодерму), внутреннюю кору и однослойную эндодерму. Центральный цилиндр представляет собой окруженную перициклом систему проводящих тканей. Ксилема полиархная, образует отдельные тяжи, чередующиеся с тяжами флоэмы. Внутреннюю часть центрального цилиндра занимает паренхима или несколько широкопро-светных элементов метаксилемы. В пределах особи строение корня варьирует незначительно. Особенности строения корней отдельных видов описаны ниже.

I. glaucescens. Наружная кора состоит из 4-6 слоев клеток со слабо опробковевшими оболочками. Внутренняя кора многослойная, слагается паренхимой с тонкостенными, плотно сомкнутыми клетками; межклетники практически не выражены. Эндодерма с хорошо выраженным утолщением радиальных и внутренних тан-гентальных клеточных оболочек. Перицикл однослойный, тонкостенный, образует отчетливое сплошное кольцо на периферии центрального цилиндра. Ксилема преимущественно 10-11-архная. Клетки межпучковой паренхимы склерифицированы (рис. 1, 1).

I. кыш1Ш. Экзодерма 4-5-слойная, составляющие ее однослойный, образует отчетливо видимое сплошное

клетки явственно суберинизированы (рис. 2, 1а). Внут- кольцо. Ксилема преимущественно 8-архная. Соседние

ренняя кора многослойная, образована рыхлой паренхи- тяжи ксилемы сближаются, заканчиваясь 1-2 широпрос-

мой с утолщенными неопробковевшими оболочками и ветными сосудами, таким образом, в центре проводяще-

мелкими межклетниками (рис. 2, 16). Эндодерма состо- го пучка среди склерифицированной паренхимы распо-

ит из 1 слоя клеток с сильно утолщенными радиальными ложено несколько крупных сосудов метаксилемы

и внутренними тангентальными стенками. Перицикл (рис. 1, 2).

Рис. 1. Центральный цилиндр на поперечном срезе корня сибирских видов касатиков:

1 - Iris glaucescens; 2 - I. humilis; 3 - I. bloudowii; 4 - I. potaninii; 5 - I. psammocola;

6 - I. tigridia; 7 - I. ivanovae. Цена масштабного деления - 0,1 мм

Рис. 2. Фрагмент первичной коры на поперечном срезе корня сибирских видов касатиков: 1 - Iris humilis; 2 - I. bloudowii;

З - I. potaninii; 4 - I. psammocola; 5 - I. tigridia; 6 - I. ivanovae: а - наружная кора и прилегающий к ней участок внутренней коры, б - внутренняя кора и эндодерма. Цена масштабного деления - 0,1 мм

I. bloudowii. Первичная кора дифференцирована на 3-4-слойную наружную и многослойную внутреннюю

(рис. 2, 2а). Клетки коры тонкостенные, в экзодерме -со слабо суберинизированными оболочками. Внутрен-

няя кора образована паренхимой со слабо утолщенными стенками и с небольшими межклетниками (рис. 2, 2б). Эндодерма однослойная; ее клеточные стенки утолщены значительно слабее, чем у других видов. Перицикл однослойный, четко наблюдаются лишь отдельные его фрагменты. Ксилема преимущественно

8-архная. Соседние тяжи ксилемы сближаются, заканчиваясь широпросветным сосудом, таким образом, в центре проводящего пучка расположено несколько крупных сосудов метаксилемы и небольшой участок слабо склерифицированной паренхимы (см. рис. 1, 3).

I. рв(ап1пИ. Наружная кора образована 5-6 слоями клеток с опробковевшими оболочками (см. рис. 2, 3а). Внутренняя кора имеет сходство с таковой у I. китШ&\ однако утолщение клеточных стенок не столь значительно, а межклетники крупнее (рис. 2, 3б). По строению эндодермы и перицикла вид не отличается от I. китШ^'. Ксилема преимущественно 8-архная. Каждый ксилемный тяж заканчивается широкопросветным сосудом метаксилемы, иногда два соседних тяжа сближаются и заканчиваются одним крупным сосудом. Сердцевинная и межпучковая паренхима склерифици-рована (рис. 1, 4).

I. р^'аттосо1а. Экзодерма состоит из 6-8 слоев клеток с опробковевшими и слегка утолщенными стенками (рис. 2, 4а). Внутренняя кора многослойная, образована паренхимой с сильно утолщенными клеточными стенками и очень мелкими межклетниками (рис. 2, 4б). Строение эндодермы и центрального цилиндра подобно таковому у I. ро(апгпИ, однако тяжи ксилемы в числе

9-10; большинство из них объединяются попарно крупным сосудом метаксилемы (рис. 1, 5).

I. tigridia. Первичная кора дифференцирована на

6-слойную наружную и многослойную внутреннюю (рис. 2, 5а). Клетки наружной коры тонкостенные, со слабо суберинизированными оболочками. Внутренняя кора слагается рыхлой паренхимой со слабо утолщенными стенками клеток и хорошо выраженными межклетниками (рис. 2, 5б). Однослойная эндодерма хорошо выражена, но оболочки клеток утолщены слабее, чем у других исследованных нами видов, за исключением I. bloudowii. Перицикл однослойный, образует сплошное кольцо. Ксилема 7-архная. В центре проводящего пучка расположена паренхима с неодревесневшими клеточными стенками (рис. 1, 6).

I. ^апоуав. Экзодерма мощная, образована 6-

10 слоями клеток с утолщенными, опробковевшими оболочками (рис. 2, 6а). Внутренняя кора многослойная, сложена рыхлой паренхимой (утолщение клеточных оболочек выражено сильнее, чем у I. potaninii, и слабее, чем у I. р^'аттосо1а и I. китШ^'). Межклетники хорошо выражены (рис. 2, 6б), более крупные, чем у остальных видов, за исключением I. tigridia. Эндодерма однослойная, утолщение внутренних тангентальных стенок выражено отчетливо, однако несколько слабее, чем у I. китШ^' и I. р^'аттосо1а. Перицикл однослойный, образует сплошное кольцо. Ксилема 6-9-архная. В центре расположена паренхима или 1-2 крупных

сосуда метаксилемы, окруженные несклерифицирован-ной паренхимой (рис. 1, 7).

Анатомические особенности исследованных видов позволяют отнести их к 4-й структурной модели корней однодольных, в соответствии с классификацией Л.Г. Таршис [9]. Наружная кора (экзодерма) состоит из 3-7 слоев относительно тонкостенных клеток с оболочками, в той или иной степени опробковевшими. Внутренняя кора многослойная, состоит из округлых в поперечном сечении клеток. У большинства видов эти клетки имеют утолщенные оболочки, не содержащие суберин, с хорошо заметной слоистой структурой и образуют рыхлую паренхиму со схизогенными межклетниками. Лишь у I. Ывчёвц/Ц и I. glaucescens внутренняя кора слагается паренхимой с тонкостенными клетками. Степень утолщения клеточных стенок во внутренней коре является диагностическим признаком для исследованных видов и у большинства из них отрицательно коррелирует с размером межклетников. Исключение составляет лишь I. glaucescens, у которого тонкостенные клетки коры плотно сомкнуты. У всех видов самый внутренний слой коры представлен эндодермой с более или менее выраженными утолщениями радиальных и внутренних тангентальных клеточных стенок. Наибольшее утолщение в эндодерме характерно для видов с сильно утолщенными стенками клеток основной ткани коры.

Наружный слой клеток центрального цилиндра представлен однослойным тонкостенным перициклом, образующим сплошное кольцо у всех исследованных видов, кроме I. Ыоиёвм/И. Ксилема преимущественно 8-архная; у I. ріаттотіа и I. glaucescens - 9-11-архная, у I. tigridia -

7-архная. Клетки межпучковой паренхимы склерифици-рованы у всех видов, кроме I. ivanovae и I. tigridia.

По совокупности анатомических признаков корня исследованные виды образуют направленный ряд, согласующийся с градиентом увлажнения в условиях их естественных местообитаний. Для наиболее ксеро-фильных обитателей песков - I. psammocola и I. кит- характерны: наружная кора из 6-7 слоев субери-низированных клеток, внутренняя кора из клеток с сильно утолщенными «слоистыми» стенками и небольшими межклетниками, эндодерма с хорошо развитым утолщением радиальных и внутренних тангентальных оболочек клеток, склерифицированная межпучковая паренхима. I. ЫоМом>п, обитающий на альпийских лугах, является наиболее мезо-фильным из исследованных видов. Для него характерны: 3-4-слойная слабосуберинизированная наружная кора, незначительное утолщение стенок внутренней коры, относительно тонкостенные клетки эндодермы. I. potaninii, I. ivanovae, I. glaucescens и I. tigridia занимают промежуточное положение, однако у I. potaninii структура корня в целом более ксероморфная, чем у трех других видов.

Сравнение полученных результатов с литературными данными по анатомии корней некоторых европейских касатиков [6, 10] показало, что у исследованных нами сибирских видов утолщение стенок клеток основной ткани коры и эндодермы выражено более значительно.

Благодарим сотрудников ЦСБС СО РАН доктора биологических наук А.Ю. Королюка и кандидата биологических наук Т.В. Мальцеву за помощь при сборе материалов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Доронькин В.М. Обзор сибирских видов рода Iris (Iridaceae) // Ботанический журнал. 1990. T. 75, № 3. С. 409-416.

2. Доронькин В.М. Охрана редких видов семейства касатиковых (Iridaceae Juss.) Азиатской России // Биоразнообразие и пространственная

организация растительного мира Сибири, методы изучения и охраны: Материалы Всерос. конф. Новосибирск, 2005. С. 42-44.

3. Доронькин В.М. Система рода Iris L. (Iridaceae) Азиатской России // Роль ботанических садов в сохранении биоразнообразия растительного

мира Азиатской России: настоящее и будущее: Материалы Всерос. конф., посвящ. 60-летию Центрального сибирского ботанического сада. Новосибирск, 2006. С. 101-103.

4. Шанидзе М.А. Анатомический анализ вегетативных органов грузинских представителей рода Iris как материал для познания филогенеза

рода: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Тбилиси, 1955. 16 с.

5. РодионенкоГ.И. Род Ирис - Iris L. М.; Л., 1961. 216 с.

6. Schulze W. Beitrage zur Wurzelanatomie der Gattung Iris und ihre Bedeutung fur die Taxonomie // Wiss. Z. Friedrich-Schiller-Univ., Jena, Naturwiss.

1989. Bd. 38, № 2. S. 315-335.

7. Воронин Н.С., Михайловская И.С. Программа сравнительно-анатомического изучения и описания корней растений // Ботанический журнал.

1980. Т. 65, № 7. С. 1029-1036.

8. Барыкина Р.П., Веселова Т.Д., Девятов А.Г., Джалилова Х.Х., Ильина ГМ., Чубатова Н.В. Основы микротехнических исследований в бота-

нике: Справ. руководство. М., 2000. 127 с.

9. Таршис Л.Г. Структурное разнообразие подземных органов высших растений. Екатеринбург, 2003. 195 с.

10. Kutschera L., Lichtenegger E. Wurzelatlas mitteleuropaischer Grunlandpflanzen. Stuttgart; New York, 1982. Bd. 1: Monocotyledoneae. 516 s.

Статья представлена научной редакцией «Биология» 15 ноября 2008 г.