CC BY
30
Turczaninowia 20 (2): 5-15 (2017) DOI: 10.14258/turczaninowia.20.2.1 http://turczaninowia.asu.ru
ISSN 1560-7259 (print edition)
TURCZANINOWIA
ISSN 1560-7267 (online edition)
УДК 582.394.72
Морфология спор видов подрода Cystopteris (Cystopteris Bernh., Cystopteridaceae)
Д. О. Улько1, И. И. Гуреева1, А. И. Шмаков2, Р. С. Романец1
1 Томский государственный университет, пр. Ленина, 36, г. Томск, 634050, Россия E-mail: [email protected], [email protected]
2Южно-Сибирский ботанический сад, Алтайский государственный университет, пр. Ленина, 61, г. Барнаул, 656049, Россия. E-mail: [email protected]
Ключевые слова: Cystopteris, Cystopteridaceae, периспорий, размеры спор, сканирующая электронная микроскопия (СЭМ).
Аннотация. Методом сканирующей электронной микроскопии исследована ультраструктура поверхности спор 6 видов папоротников подрода Cystopteris (Cystopteris Bernh., Cystopteridaceae): C. almaatensis Kotukhov, C. altajensis Gureeva, C. dickieana R. Sim, C. fragilis (L.) Bernh., C. gureevae Stepanov, C. protrusa (Weatherby) Blasdell. На основании различий в скульптуре выделено 2 типа периспория: крупношиповатый (C. altajensis, C. gureevae C. fragilis, C. protrusa) и складчатый (C. almaatensis и C. dickieana). Крупношиповатый периспорий характеризуется высокими, более или менее равномерно расположенными крупными, 1,5-7,7 мкм выс., полыми внутри шипами конической формы, иногда с загнутыми верхушками. Складчатый периспорий представлен довольно широкими, короткими, извилистыми, 1,6-5,9 мкм выс., полыми внутри складками, густо покрытыми бородавочками. Размеры спор варьируют в пределах 21,1-61,3 х 21,1-45,1 мкм. Споры C. protrusa характеризуются минимальными размерами (38,3 ± 7,8 х 26,7 ± 7,8 мкм), но самыми длинными шипами (5,0 ± 0,8 мкм); максимальные размеры спор (52,1 ± 4,4 х 33,8 ± 3,4 мкм) и самые короткие шипы (3,8 ± 0,9 мкм) характерны для C. gureevae.
1 Tomsk State University, prospect Lenina, 36, Tomsk, 634050, Russia. E-mail: [email protected], [email protected]
2 South-Siberian Botanical Garden, Altai State University, prospect Lenina, 61, Barnaul, 656049, Russia
E-mail: [email protected]
Key words. Cystopteris, Cystopteridaceae, perispore, spore size, scanning electronic microscopy (SEM).
Summary. The ultrastructure of the spore surface of 6 species Cystopteris Bernh. subgenus Cystopteris (Cystopteridaceae). C. almaatensis Kotukhov, C. altajensis Gureeva, C. dickieana R. Sim, C. fragilis (L.) Bernh. C. gureevae Stepanov, C. protrusa (Weatherby) Blasdell was investigated by using of scanning electron microscopy. On the basis of differences in sculpture 2 types of perispore were distinguished. large-spiny persipore (C. altajensis, C. gureevae, C. fragilis, C. protrusa) and rugose perispore (C. almaatensis and C. dickieana). Large-spiny perispore is characterized by high, more or less sparse, hollow, conical-shaped spines, sometimes with curved tops of 1.5-7.7 ^m in height. Rugose perispore is represented by quite wide, short, hollow, sinuous folds 6-5,9 ^m in height that densely covered with verrucae (warts). Size of spores varies within 21.1-61.3 x 21.1-45.1 ^m. Spores of C. protrusa are characterized by minimum size (38.3 ± 7.8 x 26.7 ± 7.8 ^m), but the longest spines (5.0 ± 0.8 ^m). Maximum size of spores (52.1 ± 4.4 x 33.8 ± 3.4 ^m) and the shortest spines (3.8 ± 0.9 ^m) were shown for C. gureevae.
Spore morphology of subgenus Cystopteris species (Cystopteris Bernh., Cystopteridaceae)
D. O. Ulko1, I. I. Gureyeva1, A. I. Shmakov2, R. S. Romanets1
Поступило в редакцию 17.01.2017 Принято к публикации 10.05.2017
Submitted 17.01.2017 Accepted 10.05.2017
Введение
Род Cystopteris Bernh. в настоящее время относят к семейству Cystopteridaceae (Payer) Schmakov, которое в качестве самостоятельного было выделено одним из авторов настоящего сообщения (Shmakov, 2001), затем признано и переописано M. J. M. Christenhusz'ом с соавторами (Christenhusz et al., 2011), в дальнейшем самостоятельность семейства подтверждена мо-лекулярно-филогенетическими исследованиями (Rothfels, 2012, 2013). В объеме, принятом А. И. Шмаковым (Shmakov, 2001), это семейство включает 3 рода: Cystopteris, Pseudocystopteris Ching и Gymnocarpium Newman. M. J. M. Christenhusz с соавторами (2011) приводят семейство в объеме 4 родов - Acystopteris Nakai, Cystoathyrium Ching, Cystopteris и Gymnocarpium и 30 видов. C. Rothfels с соавторами (2012, 2013) подтверждают, что семейство в современной мировой флоре представлено этими четырьмя родами, в составе которых различают 38 видов: Acystopteris -3 вида, Cystoathyrium - 1 вид, Gymnocarpium (включая Currania Copel.) - 7 видов и Cystopteris (включая Rhizomatopteris A.P. Khokhr.) - 27 видов. Cystopteris, таким образом, является наиболее крупным родом семейства Cystopteridaceae. Ранее в обработках отечественных «Флор» и отдельных монографиях этот род относили к семейству Athyriaceae (Bobrov, 1974; Dostal, 1984; Danolov, 1988; Tzvelev, 1991; Page, 1997; Shmakov, 1999; Gureyeva, 2001).
R. F. Blasdell (1963) подразделил Cystopteris на 2 секции - Cystopteris и Emarginatae Blasdell, впоследствии А. И. Шмаков (Shmakov, 2001) возвел секции в ранг подродов - типовой Cystopteris и Emarginatae (Blasdell) Schmakov. Согласно представленной А. И. Шмаковым (Shmakov, 2001) системе, род Cystopteris в России подразделяется на 2 подрода и включает 6 видов: под-род Cystopteris (C. altajensis Gureeva, C. dickieana R. Sim, С. fragilis (L.) Bernh., C. regia (L.) Desv.,) и подрод Emarginatae (C. montana (Lam.) Bernh. ex. Desv. и С. sudetica A. Br. et Milde). В 1985 г. А. П. Хохряков (Khokhryakov, 1985) выделил C. montana и С. sudetica в отдельный род Rhizomatopteris Khokhr. с типовым видом Cystopteris montana на основе сходства, по его мнению, строения вай и корневищ. C. Rothfels с соавторами (Rothfels et al., 2013) на основе молекулярно-филогене-тического анализа трех локусов хлоропластной ДНК сочли возможным признать Rhizomatop-teris самостоятельным родом, но только в соста-
ве одного вида - R. montana (Lam.) A. P. Khokhr. (= Cystopteris montana).
На территории Сибири, согласно обработкам И. И. Гуреевой (Gureyeva, 2001), А. И. Шмакова (Shmakov, 2009, 2011), встречается 5 видов рода Cystopteris - C. altajensis, C. dickieana, С. fragilis, C. montana и С. sudetica. Недавно в коллекциях Гербария им. П. Н. Крылова (ТК) Томского государственного университета обнаружены сборы с территории Алтая еще одного вида -C. almaatensis Kotukhov (Gureyeva et al., 2015), описанного Ю. А. Котуховым (Kotukhov, 1966) с Заилийского Алатау (Юго-Восточный Казахстан). В 2015 г. Н. В. Степановым (Stepanov, 2015) из Западного Саяна был описан еще один новый для науки вид рода - C. gureevae Stepanov. Таким образом, на территории Сибири встречается 7 видов рода Cystopteris, при этом типовой подрод представлен 5 видами.
В работах по изучению спор папоротников с использованием метода сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), в том числе и наших, показана роль признаков скульптуры периспория в систематике и филогенетике (Pryer, Britton, 1983; Kuznetsov, Gureyeva, 2006, 2010; Gureyeva et al., 2009; Kuznetsov et al., 2009; Vaganov et al., 2010, 2012; Passarelli et al. 2010; Wei, Dong, 2012).
Ранее в сравнительном плане споры видов Cystopteris были изучены R. W. Pearman (1976), который выделил несколько типов скульптуры периспория: шиповатый, бородавчатый, кони-чески-лакунарный и шиповато-лакунарный. A. Jermy и L. Harper (1971) привели краткое описание спор 5 видов C. fragilis комплекса, включая C. dickieana из locus classicus. R. M. Tryon и A. F. Tryon (1982) также сообщали об исключительной вариабельности периспория C. fragilis (шиповатый, бородавчатый, мелкошиповатый). Уже упомянутые и другие авторы обсуждали роль признаков скульптуры периспория в различении C. fragilis и C. dickieana (Jermy, Harper 1971; Pearman 1976; Tryon, Tryon, 1982; Haufler, Windham, 1991; Haufler et al., 1993; Parks et al. 2000).
В недавно опубликованных работах (Gureye-va, Kuznetsov, 2015a, b) показано, что признаки скульптуры периспория у представителей Cystopteris и Gymnocarpium, как правило, ви-доспецифичны и коррелируют с результатами, полученными молекулярно-филогенетическими методами (Rothfels et al., 2013). На основе признаков скульптуры периспория виды разделены на 4 группы: виды с крупношиповатым периспо-
рием (C. fragilis, C. altajensis, C. sudetica), виды с мелкошиповатым периспорием, шипы объединяются по нескольку и формируют сложную сетчатую скульптуру (C. diaphana (Bory) Blasdell), виды со складчатым периспорием (C. dickieana, C. almaatensis) и виды с периспорием, образующим ширококонические полые сетчатые структуры (C. montana). Подтверждена правильность выделения рода Rhizomatopteris A. P. Khokhr. с одним видом R. montana (=Cystopteris montana), споры которого имеют наиболее специфичную скульптуру периспория; кроме того, этот вид имеет отличные от всех других Cystopteridaceae жизненную форму и способ ветвления ризома (Gureyeva, 2001).
Целью настоящей работы было изучить методом сканирующей микроскопии споры наиболее трудно различимых по морфологическим признакам вай видов подрода Cystopteris для определения диагностических признаков ультраскульптуры периспория и выявления их постоянства в пределах ареала.
Материалы и методы
Исследовано 6 видов Cystopteris, 5 из них с территории Южной Сибири (в основном Ал-тае-Саянская горная страна) - C. almaatensis, C. altajensis, C. dickieana, С. fragilis, C. gureevae; североамериканский вид - C. protrusa (Weath.) Blasdell исследовался для сравнения. Поскольку наибольшие трудности возникают с определением видов подрода Cystopteris и зачастую их можно определить только по спорам, мы исследовали споры видов этого подрода. Для того чтобы выяснить, остаются ли постоянными признаки спор видов секции, нами исследованы образцы ранее изученных (Gureyeva, Kuznetsov, 2015a, b) видов, но из других местонахождений в пределах сибирского участка ареала и впервые изучены споры нового вида C. gureevae. Для выявления того, влияет ли плоидность на размер спор, и для выявления признаков были изучены споры диплоидного вида Cystopteris protrusa, собранного в США (USA, Virginia).
Споры для исследования отбирали с гербар-ных образцов, собранных в основном в 2015 г. и переданных на хранение в Гербарий им. П. Н. Крылова Томского государственного университета (TK, ТГУ, Томск), образцы некоторых видов взяты из коллекции Гербария ТГУ. Описания и измерение морфометрических показателей выполнены только по зрелым спорам, имеющим
характерную коричневую окраску. Споры помещали на столик с электропроводным скотчем, напыляли золотом в установке «Quorum Q150R S» и исследовали на сканирующем микроскопе «Mini-SEM SNE-4500M» (Корея) в лаборатории структурного и молекулярного анализа растений ТГУ. Поверхность спор сканировалась в режиме высокого вакуума при напряжении 10-30 кВ и увеличении в 2500-10000 раз.
Размеры спор и элементов скульптуры определялись по фотографиям, полученным на сканирующем микроскопе (СЭМ). В качестве основных морфометрических характеристик измерялись большой экваториальный диаметр (БЭД), малый экваториальный диаметр (МЭД) (длина и ширина споры соответственно), высота элементов периспория - шипов у спор с шиповатым периспорием и складок у спор со складчатым периспорием. Измерение большого и малого экваториальных диаметров проводилось вместе с элементами скульптуры по СЭМ-микрофотографиям спор в проксимальной или дистальной позициях с использованием компьютерной программы «Image J». Для статистической обработки использовалось не менее 30 измерений, за исключением Cystopteris almaatensis и C. protrusa - они имеются в Гербарии в ограниченном числе образцов. Высота элементов измерялась у тех из них, которые находятся по контуру споры и хорошо видны на фотографии.
Для определения густоты расположения элементов скульптуры, их число подсчитывалось на дистальной стороне споры; шипы подсчитыва-лись на участке 10 х 10 мкм, мелкие элементы, покрывающие складки, - бородавочки или папилломы - на участке 3 х 3 мкм.
Статистическая обработка морфометриче-ских показателей проводилась с помощью программ EXCEL 2016 и STATISTICA 10 с вычислением средней величины показателя, ошибки средней и коэффициента вариации (Cv, %).
Результаты и обсуждение
Споры всех исследованных видов подрода Cystopteris монолетные (однолучевые), билатеральные, бобовидной формы, в очертании с экватора вогнуто-выпуклые, с полюса эллиптические. По скульптуре периспория ясно делятся на 2 группы: виды, имеющие споры с крупношиповатым периспорием, и виды, имеющие споры со складчатым периспорием. Ниже приводятся описания спор видов, включенных в исследова-
ние, описания расположены по группам и алфавиту видовых названий внутри групп.
1. Виды с крупношиповатым периспорием. Шипы крупные, конические, внутри полые.
Cystopteris altajensis Gureyeva (рис. 1, табл. 1-3). Споры бобовидные, в очертании с экватора плоско-выпуклые, с полюса эллиптические; БЭД 43,1-61,3 мкм, МЭД 29,1-41,1 мкм. Периспорий отстающий от споры, шипы 2,2-6,5 мкм выс., конические с острой верхушкой, расположены равномерно. Число шипов на площадке 10 х 10 мкм - 7-11. Поверхность периспория между шипами мелкозернистая. Над лезурой формируется
невысокий плоский гребень, иногда с зубцами по свободному краю.
Cystopteris fragilis (L.) Bernh. Споры бобовидные, в очертании с экватора плоско-выпуклые, с полюса эллиптические; БЭД 35,9-59,9 мкм и МЭД 22,2-44,2 мкм. Периспорий отстающий от споры, шипы 2,1-7,7 мкм выс., узко-конические с острой, иногда с загнутой верхушкой, расположены неравномерно. Число шипов на поверхности 10 х 10 мкм - 6-16. Поверхность периспория между шипами мелкозернистая или мелкоморщинистая. Гребень над лезурой невысокий плоский, с зубцами по свободному краю.
Рис. 1. СЭМ-микрофотографии спор видов Cystopteris с крупношиповатым периспорием: A-C - С. altajensis; D-F - C. fragilis; G-I - C. gureevae; J-L - C. protrusa. Масштабная линейка 20 мкм (A, B, D, E, G, H), 10 мкм (J, K), 5 мкм (C, F, I, L).
Таблица 1
Размеры спор видов Cystopteris
Вид БЭД, мкм Cv, % МЭД, мкм Cv, %
С. altajensis (43,1) 50,3 ± 4,3 (61,3) 8,4 (29,1) 32,8 ± 2,8 (41,1) 8,4
C. fragilis (35,9) 49,9 ± 4,8 (59,9) 9,6 (22,2) 32,9 ± 4,6 (44,2) 13,8
C. gureevae (40,4) 52,1 ± 4,4 (61,3) 8,4 (27,1) 33,8 ± 3,4 (45,1) 9,9
C. protrusa (33,9) 38,3 ± 7,8 (42,1) 5,8 (21,1) 26,7 ± 7,8 (30,9) 7,4
C. almaatensis (40,2) 45,8 ± 3,5 (51,6) 7,2 (28,0) 31,0 ± 2,7 (36,9) 8,3
C. dickieana (42,4) 51,0 ± 3,5 (57,8) 7,0 (29,7) 33,4 ± 2,9 (42,6) 8,4
Примеч.: БЭД - большой экваториальный диаметр, МЭД - малый экваториальный диаметр, Су - коэффициент вариации. В колонках для большого и малого экваториального диаметра приводятся: минимум, среднее с ошибкой, максимум.
Таблица 2
Размеры элементов периспория спор видов Cystopteris
Вид Элемент периспория Высота элементов периспория, мкм Cv, %
С. altajensis шипы (2,2) 4,1 ± 0,7 (6,5) 18,1
C. fragilis шипы (2,1) 4,5 ± 1,0 (7,7) 22,4
C. gureevae шипы (1,5) 3,8 ± 0,9 (6,5) 25,0
C. protrusa шипы (2,7) 5,0 ± 0,8 (7,4) 15,5
C. almaatensis складки (1,6) 3,3 ± 0,6 (5,9) 18,5
C. dickieana складки (1,8) 3,1 ± 0,5 (4,8) 17,1
Примеч.: В колонке «Высота элементов периспория» приводятся минимум, среднее с ошибкой, максимум. Су - коэффициент вариации.
Таблица 3
Число элементов периспория спор видов Cystopteris
Вид Элемент периспория Число элементов периспория Cv, %
С. altajensis шипы (7) 9,1 ± 1,4 (11) 14,4
C. fragilis шипы (6) 9,2 ± 2,3 (16) 24,4
C. gureevae шипы (6) 9,3 ± 1,8 (15) 19,2
C. protrusa шипы (7) 8,8 ± 0,9 (10) 9,8
C. almaatensis бородавочки (14) 19,3 ± 4,0 (27) 20,1
C. dickieana бородавочки (14) 17,8 ± 2,5 (22) 13,5
Примеч.: Число элементов подсчитано на площадь поверхности споры: шипы на площадке 10 х 10 мкм, боро-давочки - на 3 х 3 мкм. В колонке «Число элементов периспория» приводятся минимум, среднее с ошибкой, максимум. Су - коэффициент вариации.
Cystopteris gureevae Stepanov (рис. 1, табл. 1-3). Споры бобовидные, в очертании с экватора вогнуто-выпуклые, с полюса эллиптические; БЭД 40,4-61,3 мкм, МЭД 27,1-45,1 мкм. Периспорий отстающий от споры, шипы относительно короткие 1,5-6,5 мкм выс., конические с острой верхушкой, расположены равномерно. Число шипов на площадке 10 х 10 мкм - 6-15. Поверхность периспория между шипами мелкоморщинистая или зернистая. Гребень над лезу-
рой невысокий плоский, с зубцами по свободному краю.
Cystopteris protrusa (Weatherby) Blasdell (рис. 1, табл. 1-3). Споры бобовидные, в очертании с экватора вогнуто-выпуклые, с полюса эллиптические; БЭД 33,9-42,1 мкм, МЭД 21,1-30,9 мкм. Периспорий отстающий от споры, шипы длинные, 2,7-7,4 мкм выс., с острой, иногда загнутой верхушкой, расположены равномерно. Число шипов на площадке 10 х 10 мкм 7-10.
Поверхность периспория между шипами мелкоморщинистая. Лезура короткая, гребень над лезурой плоский с зубцами по свободному краю.
2. Виды со складчатым периспорием. Складки широкие, внутри полые, покрыты бородавоч-ками.
Cystopteris almaatensis Kotukhov (рис. 2, табл. 1-3). Споры широко-бобовидные, в очертании с экватора вогнуто-выпуклые, с полюса эллиптические; БЭД 40,2-51,6 мкм, МЭД 28,0-36,9 мкм. Периспорий отстающий от споры, складчатый, складки короткие, извилистые, высотой 1,6-5,9 мкм. Поверхность периспория густо мелко-бородавчатая, число бородавочек на площадке 3 х 3 мкм - 14-27.
Cystopteris dickieana R. Sim (рис. 2, табл. 1-3). Споры бобовидные, в очертании с экватора вогнуто-выпуклые, с полюса эллиптические; БЭД 42,4-57,8 мкм, МЭД 29,7-42,6 мкм. Периспорий отстающий от споры, складчатый, складки короткие, извилистые, высотой 1.8-4.8 мкм. Поверхность периспория густо покрыта бородавоч-ками и папилломами, число их на площадке 3 х 3 мкм - 14-22.
Споры C. altajensis, C. fragilis, C. gureevae и Cystopteris protrusa имеют сходную крупношиповатую скульптуру периспория. Наиболее высокие (в среднем) шипы характерны для C. protrusa, самые короткие - для C. gureevae. Более равномерно шипы расположены у спор C. protrusa, что отражает наименьший из всех исследованных видов коэффициент вариации
числа шипов - Cv = 9,8 %. Самый высокий коэффициент вариации числа шипов у C. fragilis -24,4 %, что свидетельствует о значительной неравномерности их расположения; у C. altajensis и C. gureevae шипы расположены более равномерно.
Виды со складчатым периспорием C. almaatensis и Cystopteris dickieana морфологически очень сходны. Скульптура периспория включает извилистые анастомозирующие складки, более тонкие и густые у C. dickieana и более широкие и редкие у C. almaatensis, высота складок имеет близкие значения как размеров, так и варьирования у обоих видов. Поверхность периспория, включая складки и складку над лезурой, покрыта бородавочками и папилломами, более густо у C. almaatensis (19 шт. на площадку 3 х 3 мкм) (табл. 3). Более равномерно бородавочки покрывают периспорий C. dickieana, что отражает меньший коэффициент вариации (13,5 % против 20,1 %).
В литературе неоднократно обсуждался вопрос о роли признаков скульптуры периспория в различении C. fragilis и C. dickieana. Во многих обработках папоротников для «Флор» и в специальных, посвященных папоротникам, отечественных и зарубежных работах (Hagenah, 1961; Jermy, Harper, 1971; Polozhiy, 1983; Dostal, 1984; Breckle, 1987; Danilov, 1988; Page, 1997; Gureyeva, 2001, Shmakov, 2009, 2011) принимается ведущая роль признаков периспория в идентификации этих видов. При этом споры
Рис. 2. СЭМ-микрофотографии спор видов Cystopteris со складчатым периспорием: А-С - C. almaatensis; Б-Е - C. dickieana. Масштабная линейка 20 мкм (В, Б, Е), 10 мкм (А), 5 мкм (С, Е).
C. fragilis во всех источниках описываются как крупношиповатые, а споры C. dickieana - как складчатые (rugose, wrinkled) или бородавчатые (verrucate). C. Jermy, L. Harper (1971) и C. Jermy, J. Camus (1991) охарактеризовали периспорий C. dickieana из locus classicus как складчатый и мелкобородавчатый (wrinkled (rugose) and minutely verrucose). S.-W. Breckle (1987) описывал периспорий C. dickieana из Ирана как бородавчато-складчатый (warty-rugose), тонко ребристый (with thinly ridged sculpture) и толсто ребристый (with thick ridged sculpture). Судя по приведенным фотографиям, термины «verrucate», «verrucose» и «warty», которые на русский язык переводятся как «бородавчатый», характеризуют разные элементы скульптуры: первым обозначают крупные бугорки, двумя другими - мелкие бородавочки или папилломы.
Согласно другому мнению (Tryon, Tryon, 1982; Haufler et al., 1993), C. dickieana не является самостоятельным видом, а входит в C. fragilis. В этом случае считается, что C. fragilis, наряду с полиморфизмом вай, характеризуется полиморфизмом спор (Tryon, Tryon, 1982), при этом нешиповатые споры характеризуются как «ver-rucate» и, судя по фотографиям, являются бугорчатыми. Авторы обработки рода Cystopteris для «Флоры Северной Америки» (Haufler et al., 1993) высказывали мысль о том, что бугорчатые споры, возможно, являются рецессивным признаком, контролируемым одним или немногими генами. В целом они считают, что шиповатые споры на ранних стадиях развития могут быть бугорчатыми; гексаплоидные цитотипы всегда имеют бугорчатые споры, в отличие от их родителей; особи с бугорчатыми спорами могут быть найдены в той же популяции, где большинство особей имеет шиповатые споры; особи с бугорчатыми спорами не отличаются никакими другими признаками (морфологическими, экологическими или генетическими) от особей с шиповатыми спорами.
На основании исследования спор на сканирующем микроскопе, который показывает иную картину, чем световой, мы считаем, что бугорчатые споры нельзя отождествлять со складчатыми. Мы наблюдали споры, которые можно охарактеризовать как бугорчатые среди спор с шиповатым периспорием, и вполне вероятно, что периспорий этих спор находится в процессе формирования, поскольку спорангии и споры в них созревают неодновременно. Однако среди спор со складчатым периспорием мы не встреча-
ли спор с бугорчатым периспорием, складчатый периспорий у незрелых спор выглядит более или менее ровным, покрытым мелкими бородавочка-ми или папилломами.
По размерам спор среди видов с шиповатым периспорием выделяется C. protrusa: споры в среднем в 1,3-1,4 раза меньше спор остальных видов по величине БЭД и в 1,2-1,3 - по величине МЭД. Максимальными размерами спор этой группы обладает C. gureevae, споры C. fragilis, C. altajensis несколько меньше, но достоверно не отличаются между собой. Размеры спор C. fragilis из Южной Сибири близки к размерам спор, приводимым S.-W. Breckle (1987) для этого вида из Афганистана (42-52 мкм) и Ирана (31-52 мкм).
Многими авторами (Schneller, 1974; Barrington et al., 1986) высказывалось мнение о связи плоидности с размерами спор. Поскольку C. protrusa является диплоидом (n = 42, 2n = 84) (Haufler et al., 1993), размеры его спор, которые имеют наименьшие значения из всех исследованных, являются своеобразной отправной точкой для предположений относительно плоидно-сти других видов. В литературе для полиморфного вида C. fragilis из Британии указываются тетраплоиды (n = 84, 2n = 168), гексаплоиды (n = 126, 2n = 252), и даже пентаплоидный гибрид (2n = 210) (Page, 1997), из Северной Америки -тетра- и гексаплоиды (Haufler et al., 1993). Все три цитотипа (тетра-, гекса- и пентаплоиды) по данным цитометрии приводят S. M. Kawakami с соавторами (2010) для C. fragilis с Монгольского Алтая. J. Dostal (1984) указывает длину спор (т.е. БЭД) для тетраплоидного C. fragilis (27-) 33-42 (-48) мкм, гексаплоидного - (28-) 36-48 (-54) мкм, для октоплоидного - (33-) 39-54 (-60) мкм. Число хромосом ни одного из видов Cystopteris в Сибири не определялось, но на основании размеров спор можно предположить, что включенные в наше исследование C. fragilis, C. altajensis и C. gureevae являются полиплоидами, более вероятно - гексаплоидами.
Размеры спор видов со складчатым периспорием отличаются мало, но в нашем исследовании споры C. dickieana в среднем несколько превышают по размерам споры C. almaatensis (табл. 1). S.-W. Breckle (1987) приводит для C. dickieana из Ирана длину около 53 мкм. В литературе для C. dickieana из locus classicus (Kincardineshire, Scotland) приводится число хромосом n = 84, 2n = 168 (тетраплоид) (Page, 1997). J. Dostal (1984) указывает на наличие также гексаплоид-
ного C. dickieana, причем у тетраплоидного длина спор (т.е. БЭД) составляет 30-48 мкм, у гекса-плоидного - 30-54 мкм. Судя по размерам спор, C. dickieana и C. almaatensis из Южной Сибири имеют высокий уровень плоидности.
В целом по размерам спор результаты, полученные для одних и тех же видов, в представленном и предыдущем (Gureyeva, Kuznetsov, 2015a) исследованиях имеют близкие значения, размеры спор отличаются низким коэффициентом корреляции - в пределах 5,8-9,6 % для БЭД и 7,4-13,8 % для МЭД (табл. 1), причем максимальные значения коэффициента вновь характеризуют значения размеров спор у C. fragilis. Низкий коэффициент вариации свидетельствует о большом постоянстве размеров спор.
Морфологически споры видов с шиповатым периспорием слабо различаются между собой. Различия состоят в большей равномерности расположения, более правильной форме и меньшей размерной вариабельности шипов у C. altajensis и C. gureevae; у C. fragilis и C. protrusa шипы часто имеют загнутую верхушку, срастаются между собой, расположены менее равномерно и больше варьируют по высоте. Споры видов со складчатым периспорием тоже сходны между собой, некоторые отличия у изученных образцов состоят в несколько более густо расположенных, более коротких и широких складках у C. almaa-tensis.
Заключение
Споры видов подрода Cystopteris (Cystopteris, Cystopteridaceae) имеют два отчетливо различающихся типа скульптуры периспория - крупношиповатый (Cystopteris altajensis, C. gureevae, C. fragilis, C. protrusa) и складчатый (C. almaatensis и Cystopteris dickieana). Крупношиповатый периспорий характеризуется высокими, более или менее равномерно расположенными, крупными, 1,5-7,7 мкм выс., полыми внутри шипами конической формы, иногда с загнутой верхушкой. Складчатый периспорий представлен довольно широкими, короткими, извилистыми, 1,6-5,9 мкм выс., полыми внутри складками, густо покрытыми бородавочками. Размеры спор варьируют в пределах 21,1-61,3 х 21,1-45,1 мкм. Минимальные размеры спор и самые длинные шипы характерны для диплоидного вида C. protrusa. Впервые изученные споры вида C. gure-evae имеют максимальные средние размеры и минимальные по среднему показателю длины
шипы. Внутри групп виды слабо отличаются друг от друга по ультраструктуре спор, но особенности скульптуры периспория имеют важное диагностическое значение для идентификации слабо морфологически различающихся между собой пар видов C. fragilis - C. dickieana и C. fra-gilis - C. almaatensis.
Благодарности. Исследования поддержаны РФФИ (проекты 16-04-00513 А и 16-34-50147 мол_нр) и Программой повышения конкурентоспособности Томского государственного университета.
Исследованные образцы:
Cystopteris altajensis Оигееуа: «Красноярский край, Ермаковский р-н, Западный Саян, 25 км к югу от п. Танзыбей, нижнее течение р. Багазюль (приток р. Большой Кебеж), Багазюльская скала. Под карнизами в трещинах отвесных скал из метаморфизированных сланцев, 52°59,716' с. ш. 93°12,87' в. д. h = 590 м над ур. м. № 016. 13 VII 2015. И. И. Гуреева, А. А. Кузнецов, Н. В. Степанов, С. П. Гуреев» (ТК-003638).
Cystopteris fragilis (Ь.) БегпЬ.: «Красноярский край, Ермаковский р-н, природный парк Ергаки, 612 км по трассе М54, сланцевая скала в окружении кедрово-пихтовое высокотравного редколесья, в щелях. 52°48' с. ш. 93°16' в. д. Ь = 1394 м над ур. м. № 065. 14 VII 2015. И. И. Гуреева, А. А. Кузнецов, Н. В. Степанов, С. П. Гуреев» (ТК-003637); «Республика Хакасия, Ширинский р-н, Кузнецкий Алатау (восточный макросклон), в 4 км от п. Малая Сыя, скалы над входом в грот «Широкий» пещеры «Ящик Пандоры», в трещинах освещенных скал. 54°25'58" с. ш. 89°27'26" в. д. 25 VI 2016. И. И. и С. П. Гуреевы, Д. О. Улько, Р. С. Романец» (ТК-003628); «Кемеровская обл., Тисульский р-н. Правый берег р. Кия ниже с. Московка, скалы. 20 VII 2015. № 102. С. А. Шереметова, А. Л. Эбель, И. А. Хрустале-ва» (ТК-003643); «Республика Хакасия, Ширинский р-н, окр. п. Ефремкино, массив Тогыз-Ас, склон в долине ручья Смородинный, русло временного водотока по логу. 08 VIII 2015. № 104. А. Л. Эбель» (ТК-003644).
Cystopteris gureevae 81ерапоу: «Красноярский край, Ермаковский р-н, затененный участок скалы из метаморфизированных сланцев по р. Тай-гиш, 53°06' с. ш. 93°17' в. д. h = 500 м над ур. м. № 089. 15 VII 2015. И. И. Гуреева, А. А. Кузнецов, Н. В. Степанов, С. П. Гуреев» (ТК-003636);
«Красноярский край, Ермаковский р-н, 6 км к югу от п. Танзыбей, лев. бер. р. Малый Кебеж, гора Сосновый носок («Сосновчик»), затененные скалы (гранитоиды) южной экспозиции в окружении Pinus sibirica, Salix rorida и кустарников, под нависшим карнизом скалы. 53°04' с. ш. 92°56' в. д. h = 433 м над ур. м. № 108. 16 VII 2015. И. И. Гуреева, А. А. Кузнецов, Н. В. Степанов, С. П. Гуреев» (ТК-003642); Красноярский край, Ермаковский р-н, Западный Саян, 25 км к югу от п. Танзыбей, нижнее течение р. Бага-зюль (приток р. Большой Кебеж), Багазюльская скала, под карнизами в трещинах отвесных скал из метаморфизированных сланцев. 52°59,716' с. ш. 93°12,87' в. д. h = 590 м над ур. м. № 007/№ 006. 13 VII 2015. И. И. Гуреева, А. А. Кузнецов, Н. В. Степанов, С. П. Гуреев» (ТК-003640, TK-003639).
Cystopteris protrusa (Weatherby) Blasdell: «USA, Virginia, Scott's Run Nature Preserve, in deciduous forest near Potomac river, on the soil. 6 VI 2015. I. I. Gureyeva» (ТК-003635).
Cystopteris almaatensis Kotukhov: «Горно-Алтайская А. О. Онгудайский р-н, Иня - устье р. Чуя, скалы, с-з, горно-степной пояс. 5 VII 1995. Н. А. Рудая и др.» (ТК-003646); «Горно-Алтайская А.О., Кош-Агачский р-н, окрест. пос. Курай, р. Курай-ка, галечник. 15 VII 1997. А. Л. Эбель и др.» (ТК-003647).
Cystopteris dickieana R. Sim: «Красноярский край, Ермаковский р-н, Западный Саян, Природный парк Ергаки, 633 км по трассе М54, тенистые отвесные скальные выходы по р. Ус. N 52°41' с. ш. 93°27' в. д. h = 1245 м над ур. м. № 112. 17 VII 2015. И. И. Гуреева, А. А. Кузнецов, Н. В. Степанов, С. П. Гуреев» (ТК-003641).
REFERENCES / ЛИТЕРАТУРА
Barrington D. S., Paris C. A., Ranker T. A. 1986. Systematic inferences from spore and stomata size in the ferns. Am. Fern J. 76: 149-159.
BlasdellR. F. 1963. A monographic study of the fern genus Cystopteris. Mem. Torrey Bot. Club 21: 1-102.
Bobrov A. E. 1974. Athyriaceae Alston. In: Flora evropeiskoy chasti SSSR [Flora of the European part of the USSR]. Nauka, Leningrad, 1: 74-80 [In Russian]. (Бобров А. Е. Отдел Polypodiophyta // Флора европейской части СССР. Л., 1974. Т. 1. С. 74-80).
BreckleS.-W. 1987. Distribution and ecology of Cystopteris (Athyriaceae) species within the Flora Iranica region. Plant Syst. Evol. 155: 59-65.Christenhusz M. J. M., Zhang X.-C., Schneider H. 2011. A linear sequence of extant families and genera of lycophytes and ferns. Phytotaxa 19: 7-54.
Danilov M. P. 1988. Athyriaceae. In: Flora Sibiri [Flora of Siberia]. Nauka, Novosibirsk, 1: 54-57 pp. [In Russian]. (Данилов М. П. Семейство Athyriaceae // Флора Сибири. Новосибирск: Наука, 1988. Т. 1. С. 54-57).
Dostal J. 1984. Cystopteris. In: Illustrierte Flora von Mitteleuropa. Pteridophyta. Dritte, vollig neubearbeitete Auflage. Parey, Berlin, 1(1): 192-201.
Gureyeva I. I. 2001. Ravnosporovye paporotniki Yuzhnoy Sibiri. Sistematika, proiskhozhdenie, biomorfologiya, populyatsionnaya biologiya. [Homosporous ferns of South Siberia. Taxonomy, origin, biomorphology, population biology]. Tomsk University Publ., Tomsk, 158 pp. [In Russian]. (ГурееваИ. И. Равноспоровые папоротники Южной Сибири. Систематика, происхождение, биоморфология, популяционная биология. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2001. 158 с.).
Gureyeva 1.I., Kuznetsov A. A. 2015a. Spore morphology of the north Asian members of Cystopteridaceae. Grana 54(3): 213-235. DOI: 10.1080/00173134.2015.1048824.
Gureyeva I. I., Kuznetsov A. A. 2015b. The value of morphological characters of spores and biomorphologi-cal features of sporophytes for phylogenetics of ferns (in Cystopteridaceae example). In: XIII Moscow Conference on the phylogeny of plants "50 years without K. I. Meyer": Proceedings of the International Conference (Moscow, 2-6 February 2015). Moscow State University, Moscow, 116-120 [In Russian]. (Гуреева И. И., Кузнецов А. А. Ценность морфологических признаков спор и биоморфологических признаков спорофита для филогенетики папоротников (на примере Cystopteridaceae). XIII Московское совещание по филогении растений «50 лет без К.И. Мейера»: Материалы международной конференции (Москва, 2-6 февраля 2015 г.). М.: Моск. гос. ун-т, 2015. С. 116-120).
Gureyeva 1.1., Kuznetsov A. A., Ulko D. O. 2015. The findings of Cystopteris almaatensis Kotukhov (Cystopteridaceae) in the Altai. Sist. Zametki Mater. Gerb. Krylova Tomsk. Gosud. Univ. [Systematic notes on the materials of P. N. Krylov Herbarium of Tomsk State University] 112: 62-65 [In Russian]. (Гуреева И.И., Кузнецов А.А., Улько Д.О. Находки Cystopteris almaatensis Kotukhov (Cystopteridaceae) на Алтае // Сист. зам. Герб. Томск. ун-та. 2015. № 112. С. 62-65). DOI: 10.17223/20764103.112.7.
Gureyeva I. I., Shmakov A. I., Kuznetsov A. A., Vaganov A. V. 2009. Spore morphology of Siberian species of Cryptogramma R. Br. ex Richards. Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta [Tomsk State University Jour-
nal] 322: 235-238 [In Russian]. (Гуреева И. И., Шмаков А. И., Кузнецов А. А., Ваганов А. В. Морфология спор сибирских видов Cryptogramma R. Br. ex Richards // Вестн. Том. гос. ун-та., 2009. № 322. С. 235-238).
Hagenah D. J. 1961. Spore studies in the genus Cystopteris. I. The distribution of Cystopteris with non-spiny spores in North America. Rhodora 63: 181-193.
Haufler C. H., Morran R. C., Windham M. D. 1993. Cystopteris. In: Flora of North America. Vol. 2. Pterido-phytes and Gymnosperms. Oxford University Press, New York, Oxford. 263-270 pp.
Haufler C. H., Windham M. D. 1991. New species of North American Cystopteris and Polypodium, with comments on their reticulate relationships. Am. Fern J. 81(1): 7-23.
Jermy C., Camus J. 1991. The illustratedfield guide to ferns and allied plants of the British Isles. Natural History Museum Publ., London. 194 pp.
Jermy A. C., Harper L. 1971. Spore morphology in Cystopteris fragilis complex. Fern Gazette 10: 211-213.
Kawakami S. M., Kawakami S., Kato J., Kondo K., Smirnov S. V., Damdinsuren O. 2010. Cytological study of a fern Cystopteris fragilis in Mongolian Altai. Chromosome Botany 5: 1-5.
Khokhryakov A. P. 1985. Supplement (Descriptions of novel plants). In: Flora Magadanskoy oblasti [Flora of Magadan oblast], Nauka, Moscow, 347-348 pp. [In Russian]. (Хохряков А. П. Дополнение (Описания новых растений) // Флора Магаданской области. М.: Наука, 1985. С. 347-348).
Kotukhov Yu. A. 1966. A new species of the genus Cystopteris Bernh. from South-East Kazakhstan. In: Bo-tanicheskie Materialy Gerbariya Instituta Botaniki [Botanical Materials of the Herbarium of the Botanical Institute, Academy of Sciences of Kazakh SSR] 4: 27-29 [In Russian]. (Котухов Ю. А. Новый вид рода Cystopteris Bernh. из Юго-Восточного Казахстана // Бот. матер. Гербария ин-та ботаники АН КазССР. Алма-Ата: Наука КазССР, 1966. Вып. 4. С. 27-29).
Kuznetsov A. A., Gureyeva I. I. 2006. Spore morphology of Woodsia R.Br. species. Sist. Zametki Mater. Gerb. Krylova Tomsk. Gosud. Univ. [Systematic notes on the materials of P. N. Krylov Herbarium of Tomsk State University] 97: 14-19 [In Russian]. (Кузнецов А. А., Гуреева И. И. Морфология спор сибирских видов Woodsia R.Br. // Сист. зам. Герб. Томск. ун-та, 2006. № 97. С. 14-19).
Kuznetsov A. A., Gureyeva I. I. 2010. Spore morphology of type specimens of Woodsia asplenioides and W. glabella f. rotundata (Woodsiaceae) from the collection of V L. Komarov Botanical Institute of RAS (LE). Turcza-ninowia 13, 1: 14-18 [In Russian]. (Кузнецов А. А., Гуреева И. И. Морфология спор типовых образцов Woodsia asplenioides и W. glabella f. rotundata (Woodsiaceae) из коллекции Гербария ботанического института им. В. Л. Комарова РАН (LE) // Turczaninowia. 2010. Т. 13, вып. 1. С. 14-18).
Kuznetsov A., Gureyeva I., Vaganov A., Shmakov A. 2009. Morphological analysis of spores of species of the genus Actiniopteris Link (Cryptogrammaceae). Turczaninowia 12, 1-2: 5-16 [In Russian]. (Кузнецов А. А., Гуреева И. И., Ваганов А. В., Шмаков А. И. Морфологический анализ спор видов рода Actiniopteris Link (Cryptogram-maceae) // Turczaninowia, 2009. Т. 12, вып. 1-2. C. 5-16).
Page C. N. 1997. The ferns of Britain and Ireland. 2nd ed. Cambridge University Press, Cambridge, 540 pp.
Parks J., Dyer A., Lindsay S. 2000. Allozyme, spore and frond variation in some Scottish populations of the ferns Cystopteris dickieana and Cystopteris fragilis. Edinburgh Journal of Botany 57: 83-105.
PassarelliL. M., Galán J. M. G., Prada C., Rolleri C. H. 2010. Spore morphology and ornamentation in the genus Blechnum (Blechnaceae). Grana 49: 243-262.
Pearman R. W. 1976. A scanning electron microscopic investigation of the spores of the genus Cystopteris. Fern Gazette 11(4): 221-230.
Polozhiy A. V. 1983. Athyriaceae. In: Flora Krasnoyarskogo kraya [Flora of Krasnoyarskiy krai]. Tomsk University Publ., Tomsk, 1: 16-22 [In Russian]. (Положий А. В. Семейство Athyriaceae - Кочедыжниковые // Флора Красноярского края. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1983. Вып. 1. С. 16-22).
Pryer K. M., Britton D. M. 1983. Spore studies in the genus Gymnocarpium. Can. J. Bot. 61: 377-388.
Rothfels C. J., Sundue M. A., Kuo L.-Y., Larsson A., Kato M., Schuettpelz E., Pryer K. M. 2012. A revised family-level classification for eupolypod II ferns (Polypodiidae: Polypodiales). Taxon 61(3): 515-533.
Rothfels C. J., WindhamM. D., Pryer K. M. 2013. A plastid phylogeny of the cosmopolitan fern family Cystop-teridaceae (Polypodiopsida). Syst. Bot. 38(2): 295-306.
Schneller J. 1974 Untersuchungen an einheimischen Farnen, insbesondere der Dryopteris filix-mas-Gruppe. 1 Teil. Ber. Schweiz. Bot. Ges. 84: 195-217 pp.
Shmakov A. I. 1999. Opredelitel paporotnikov Rossii [Key for the ferns of Russia]. Altayskiy universitet, Barnaul, 108 pp. [In Russian]. (Шмаков А. И. Определитель папоротников России. Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 1999. 108 с.).
Shmakov A. I. 2001. Synopsis of the ferns of Russia. Turczaninowia 4, 1-2: 36-72 [In Russain]. (Шмаков А. И. Конспект папоротников России // Turczaninowia, 2001. Т. 4, вып. 1-2. С. 36-72).
Shmakov A. I. 2009. Opredelitel paporotnikov Rossii [Key to the ferns of Russia]. ARTIKA, Barnaul, 126 pp. [In Russian]. (Шмаков А. И. Определитель папоротников России. Барнаул: АРТИКА, 2009. 126 с.).
Shmakov A. I. 2011. Paporotniki Severnoy Azii [Ferns of North Asia]. ARTIKA, Barnaul, 209 pp. [In Russian]. (Шмаков А. И. Папоротники Северной Азии. Барнаул: АРТИКА, 2011. 209 с.).
Stepanov N. V. 2015. About three new species of vascular plants of Western Sayan. Sist. Zametki Mater. Gerb. Krylova Tomsk. Gosud. Univ. [Systematic notes on the materials of P. N. Krylov Herbarium of Tomsk State University] 111: 3-15 [In Russian]. (Степанов Н. В. О трех новых видах сосудистых растений из Западного Саяна // Сист. зам. Герб. Томск. ун-та, 2015. № 111. С. 3-15).
Tryon R. M., Tryon A. F. 1982. Ferns and allies plants with special reference to Tropical America. Springer-Ferlag, New York, Heidelberg, Berlin, 720 pp.
Tzvelev N. N. 1991. Athyriaceae Ching. In: Sosudistye rasteniya sovetskogo Dalnego Vostoka [Plantae vasculares OrientisExtremi Sovietici]. Nauka, St. Petersburg, 5: 63-81 [In Russian]. (Цвелев Н. Н. Кочедыжниковые - Athyriaceae Ching. // Сосудистые растения советского Дальнего Востока. Санкт-Петербург: Наука, 1991. Т. 5. С. 63-81).
Vaganov A. V., Shmakov A. I., Kuznetsov A. A., Gureyeva 1.1. 2010. Spore morphology of Cryptogramma R. Br. ex Richards species (Cryptogrammaceae). Turczaninowia 13, 3: 50-58 [In Russian]. (Ваганов А. В., Шмаков А. И., Кузнецов А. А., Гуреева И. И. Морфология спор видов Cryptogramma R. Br. ex Richards (Cryptogrammaceae) // Turczaninowia, 2010. Т. 13, вып. 3. С. 50-58).
Vaganov A. V., Shmakov A. I., Kuznetsov A. A., Gureyeva 1.1., Babeshina L. G. 2012. Morphological analysis of spores of species of the genus Onychium Kaulf. (Cryptogrammaceae). Turczaninowia 15, 3: 59-67 [In Russian]. (Ваганов А. В., Шмаков А. И., Кузнецов А. А., Гуреева И. И., Бабешина Л. Г. Морфологический анализ спор видов Onychium Kaulf. (Cryptogrammaceae) // Turczaninowia, 2012. Т. 15, вып. 3. С. 59-67).
Wei L.-L, Dong S.-Y. 2012. Taxonomic studies on Asplenium sect. Thamnopteris (Aspleniaceae) II: Spore morphology. Nord. J. Bot. 30: 90-103.
