CC BY
26
Tiirczaninowia 18 (4): 169-176 (2015) |№SSN 1560-7259 (print edition)
DOI: 10.14258/tiirczaninow ia. 18.4.17 P¿1 TURCZANINOWIA
http://turczanin0wia.asu.ru m¿Lá ISSN 1560-7267 (online edition)
УДК 582.394.742(571.54)
Морфология спор видов ряда Variantia рода Asplenium (Aspleniaceae) из Байкальской Сибири
Spore morphology of the species of Asplenium ser. Variantia (Aspleniaceae) from Baikal Siberia
Б. Д.-Ц. Намзалова1, А. И. Шмаков2 B. D.-Ts. Namzalova1, A. I. Shmakov2
1 Геологический институт СО РАН, 670047, ул. Сахьяновой, 6 а, Улан-Удэ, Республика Бурятия, Россия 1 Geological Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Sakhyanovoy st., 6а, 670047, Ulan-Ude, Russia
E-mail: [email protected]
2Южно-Сибирский ботанический сад, Алтайский государственный университет, Ленина, 61; 656049, Барнаул, Россия 2 South-Siberian Botanical Garden, Altai State University, Lenina str. 61, 656049 Barnaul, Russia
E-mail: [email protected]
Ключевые слова: Asplenium L., Байкальская Сибирь, сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), споры, морфология, систематика.
Key words: Asplenium L., Baikal Siberia, SEM, spore, morphology, taxonomy.
Аннотация. Методом сканирующей электронной микроскопии проведено сравнительное исследование морфологии спор трех видов р. Asplenium ser. Variantia (A. altajense, A. nesii, A. tenuicaule) из Байкальской Сибири. Выявлены морфологические отличия спор р. Asplenium на видовом уровне по признакам структуры периспория, наличию выростов и бугорков, а также по их перфорированности.
Summary. The method of scanning electronic microscopy is applied for comparative study of morphology of spores in 3 representatives of Asplenium ser. Variantia (A. altajense, A. nesii, A. tenuicaule) from the Baikal Siberia. Morphological differences among the studied species are revealed in the perisporium structure, presence/ ansence of outgrowths and number of perforations.
Введение
Сложный в таксономическом плане и полиморфный род Asplenium L. насчитывает в мировой флоре около 700 видов. В этом роде обычны процессы гибридизации и локальный эндемизм (Uvarova, Shmakov, 2010а; Viane, Reichstein, 2003). В Сибири наиболее сложной
и интересной является ser. Variantia (Chind et S. H. Wu) Schmakov из секции Composita (Diels) Fomin ex Schmakov (Uvarova, Shmakov, 2010b). В птеридофлоре Бурятии эта секция представлена тремя видами р. Asplenium - A. altajense, A. nesii, A. tenuicaule (Namzalova, Shmakov, 2009; Namzalova et al., 2010; Shmakov, 2009, 2011).
Споры у представителей сем. Aspleniaceae однолучевые, бобовидные, широкобобовидные, эллипсоидальные, иногда почти округлые; в очертании с полюса эллиптические или широкоэллиптические. Лезура, или апертура, короткая, с тонкими краями лучей. Спородерма часто образует прерывистую оторочку, периспорий сползающий, растрескивающийся. Скульптура спор складчатая, мелкозернистая, по складкам с острыми шипами, изредка с разветвленными на верхушке (Bobrov et al., 1983; Tryon, Lugardon, 1991). Согласно A. F. Tryon и В. Lugardon (1991) и L. Regalado, C. Sanchez (2002), периспорий у видов р. Asplenium с выраженными сгибами, имеющий гребневидные, шиповатые выросты, или покрытые сетчатым узором, обычно с мно-
Поступило в редакцию 05.03.2015 Принято к публикации 19.12.2015
Submitted 05.03.2015 Accepted 19.12.2015
гочисленными отверстиями на участках между сгибами.
Морфологической особенностью спор видов р. Asplenium является значительное развитие оболочек и складок, а также характерно присутствие колумелл в основании периспория (Bobrov et al., 1983; Tardieu-Blot, 1965; Tryon, Lugardon, 1991; Tryon R. M., Tryon A. F., 1982).
Материалы и методы
Для выяснения морфологии спор нами исследован споровый материал из гербария, собранного с территории Республики Бурятия и хранящегося в Гербарии Южно-Сибирского ботанического сада (ALTB, г. Барнаул). Были взяты типичные по внешнему облику (габитусу) образцы трех видов р. Asplenium с созревшими спорами.
Исследования проводились в лаборатории водной экологии Института водных и экологических проблем СО РАН (ИВЭП СО РАН, г. Барнаул) на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) Hitachi S-3400N. Образцы спор фиксировали на двустороннем скотче. Напыле-
ние проводили золото-паладиевой (Au/Pd) смесью методом ионного напыления в вакууме (SC 7620 Mini Sputter Coater), в течение 180 секунд, при постоянном токе 20 А. Все образцы спор исследовали в режиме высокого вакуума. Поверхность образцов сканировали при ускоряющем напряжении 10 кВ и при увеличении от 1500 до 16000 раз. Измерения параметров спор проводили с помощью программы PhotoM 1.0. с 25-кратной повторностью. Для статистической обработки морфометрических данных использовали программу «Statistica 10». Анализ проводился по следующим морфологическим признакам: 1 -большой экваториальный диаметр, мкм; 2 - малый экваториальный диаметр, мкм; 3 - полярная ось, мкм.
Цель данного исследования состоит в сравнительном исследовании морфологии спор р. Asplenium и оценке систематической ценности полученных данных. Ниже приводятся морфологические описания и оригинальные микрофотографии спор трех видов р. Asplenium с территории Байкальской Сибири.
Рис. 1. Электронные микрофотографии (СЭМ) спор Asplenium altajense^. а - общий вид споры; б - увеличенный фрагмент; в, г - спора с разрушенным периспорием, г - спора с проксимальной стороны и со стороны лезуры.
Turczaninowia 18 (4): 169-176 (2015)
171
Результаты и обсуждение Asplenium altajense Kom. - костенец алтайский (рис. 1 а-г). Споры билатеральные, одно-лучевые, овальной формы. В очертании с экватора плоско-выпуклые или двояковыпуклые, в очертании с полюса широкоэллиптические. Размеры спор, вместе с периспорием: большой экваториальный диаметр (32,22) 36,7942,25 (49,54) мкм, малый экваториальный диаметр (24,3) 28,58-30,52 (35,76) мкм. Полярная ось (24,6) 28,35-29,97 (32,9) мкм. Размеры спор без периспория: большой экваториальный диаметр (27,3) 30,2-32,5 (36,6), малый экваториальный диаметр (23,4) 24,5-25,5 (26,6) мкм, полярная ось (18,9) 21,35-23,30 (26,6). Лезура длиной (11,23) 14,57-16,33 (18,8) мкм, шириной (1,6) 1,69-1,97 (2,2). Периспорий гребенчатый, толщина его колеблется от 0,9-1,9 мкм. Гребни в основном не сливаются. На гребнях и по поверхности периспория имеются зубцы и небольшие выросты. Поверхность периспория усложнена перфорацией. Перфорации 0,6-1,9 мкм диаметром.
В исследованиях К. В. Черных с соавт. (Chemykh et al., 2007) споры Asplenium altajen-se из Байкальской Сибири характеризуются как овальные, реже бобовидные, двояко- или плосковыпуклые. Поверхность ячеек мелкоточечная с небольшими и редкими бугорками.
Исследованные образцы: «Республика Бурятия, Тункинский р-н, окр. п. Аршан, Вост. Саяны, левый борт р. Кынгарга, 51°55'48.7" с. ш. 102°25'17.5" в. д., 991 м над ур. м., в расщелинах, 27 VI 2009. Намзалова Б.»; «Республика Бурятия, окр. курорта Аршан, Вост. Саяны, Тун-кинские гольцы, 51°55'39.4" с. ш. 102°25'26.6" в. д., 975 м над ур. м., правый борт р. Кынгарга, в расщелинах, 27 VI 2009. Намзалова Б.»; «Республика Бурятия, Тарбагатайский р-н, южный макросклон хр. Цаган-Дабан, Тугнуйские столбы, в трещинах останцов, 11 VIII 2009. Чимитов Д.Г., Пяк А.И.».
Asplenium nesii Christ. - к. Несси (рис. 2 а-г). Споры билатеральные, однолучевые, почти бобовидной формы. В очертании с экватора
Рис. 2. Электронные микрофотографии (СЭМ) спор Asplenium nesii Christ: а - общий вид споры; б - увеличенный фрагмент; в, г - спора с разрушенным периспорием, г - поверхность экзоспория с колумеллами.
плоско-выпуклые или двояковыпуклые, в очертании с полюса широкоэллиптические, почти округлые. Большой экваториальный диаметр (37,22) 44,15-49,8 (59,7) мкм, малый экваториальный диаметр (33,2) 32,30-45,60 (55,2) мкм. Полярная ось (29,3) 33,45-35,45 (40,9) мкм. Периспорий гребенчато-ячеистый, толщина его колеблется от 0,3-0,4 мкм. Гребни в местах слияния образуют утолщения. На гребнях имеются зубцы и небольшие выросты. Поверхность периспория между ячеями и на гребнях усложнена четко выраженным мелкосетчатым рисунком и очень редкой перфорацией, 0,6-1,9 мкм диаметром. Периспорий легко спадающий, с колумел-лами, растрескивающийся. На рисунках 2в и 2г видна поверхность экзоспория с оставшимися колумеллами, после частичной утраты периспория.
По другим данным (ЗДегпукЬ et а1., 2007) споры у Asplenium nesii овальные, или бобовидные, двояко или плоско выпуклые. Периспорий ячеи-сто складчатый, складчатость выражена нечетко; поверхность в целом мелкобугорчатая.
Исследованные образцы: «Республика Бурятия, окр. курорта Аршан, Вост. Саяны, Тункин-ские гольцы, 51°55'39.4" с. ш. 102°25'26.6" в. д., 975 м над ур. м., правый борт р. Кынгарга, в расщелинах, 27 VI 2009. Намзалова Б.»; «Республика Бурятия, окр. курорта Аршан, Вост. Саяны, Тун-кинские гольцы, 51°55'40.3" с. ш. 102°25'28.4" в. д., 1034 м нал ур. м., правый борт р. Кынгарга, в расщелинах, 27 VI 2009. Намзалова Б.».
Asplenium tenuicaule Hayata - к. тонкостебельный (рис. 3 а-г). Споры билатеральные, однолучевые, овальной формы. В очертании с экватора плоско-выпуклые или двояковыпуклые, в очертании с полюса широкоэллиптические. Большой экваториальный диаметр (40,6) 46,50-47,50 (52,4) мкм, малый экваториальный диаметр (24,4) 31,20-37,20 (40,4) мкм. Полярная ось (24,6) 30,56-34,66 (40,0) мкм. Периспорий ячеисто-складчатый, толщина его колеблется от 1,3-7,3 мкм. Ячеи выражены неясно, внутри ячеек имеются немногочисленные выросты и бугорки. Стенки складок тонкие, имеют зубцы
Рис. 3. Электронные микрофотографии (СЭМ) спор Asplenium tenuicaule СЫ^.. а - общий вид споры; б - увеличенный фрагмент; в - фрагмент споры с разрушающимся периспорием и коллумелами; г - контур споры.
Turczaninowia 1S (4): 169-176 (2015)
173
Рис. 4. Asplenium tenuicaule Hayata (PE).
Рис. 5. Сравнительный анализ средних величин морфометрических показателей спор (мкм) Asplenium а1-tajense, A. тви и A. tenuicaule: а - большой экваториальный диаметр; б - малый экваториальный диаметр; в - полярная ось, г - проекция объектов групп Asplenium altajense, A. пе^И, A. tenuicaule в осях канонических переменных, полученных в результате дискриминантного анализа по суммарным морфометрическим показателям спор.
и небольшие выросты. Поверхность периспория внутри ячеек без видимых рисунков, немного неровная, мелкобугристая, видимая только при хорошем увеличении (х8000 раз и более). Без перфорации, или они единичны. Периспорий с колумеллами, легко спадающий, растрескивающийся.
Так как растения не были ранее отмечены для Бурятии, нами проводился анализ фотоизображении спор, сходных по габитусу видов. Для идентификации видовой принадлежности были проанализированы фотоизображения спор Asple-nium tenuicaule (рис. 4) из китайского Гербария (РЕ) и A. daghestanicum (У1аие, 1987). В результате сравнения спор этих видов, мы пришли к заключению, что фотографии спор, полученных нами, идентичны спорам Asplenium tenuicaule из китайского гербария.
Исследованные образцы: «Республика Бурятия, Тункинский р-н, окр. курорта Аршан, Вост. Саяны, Тункинские гольцы, 51°55'39.4" с. ш.
102°25'26.6" в. д., 975 м над ур. м., правый борт р. Кынгарга, в расщелинах, 27 VI 2009. Намзалова Б.»; «Республика Бурятия, Тункинский р-н, окр. курорта Аршан, Вост. Саяны, 51 56 04.0" с. ш. 102°25'30.4" в. д., 1013 м над ур. м., правый борт р. Кынгарга, в расщелинах, 27 VI 2009. МЭА 1373 (ALTB)».
Анализ средних величин (рис. 5 а-в) по трем морфометрическим показателям спор показал, что самые крупные параметры имеют споры As-plenuim nesii, а самые минимальные значения у спор A. altajense (табл.).
Дискриминантный анализ по совокупности морфометрических показателей наглядно иллюстрирует (рис. 5 г) области рассеивания объектов исследованных выборок, соответствующих видам. Выборки A. nesii и A. altajense образуют на графике, незначительно, но все же обособленные облака; A. tenuicaule занимает промежуточное положение.
Turczaninowia 1S (4): 1б9-17б (2015)
175
Таблица
Средние значения по трем параметрам (большой и малый экваториальный диаметры,
полярная ось) видов р. Asplenium
Диагностические признаки Asplenium altajense Asplenium nesii Asplenium tenuicaule
Большой экватор. диам. 38,63 4б,29 43,24
Малый экватор. диам. 28,73 37,92 31,34
Полярная ось 29,71 37,72 34,55
Таким образом, исследования морфологии спор видов рода Asplenium показывают на наличие в скульптуре спор достаточно четких морфологических отличий между видовыми таксонами. Такие признаки, как структура периспория, наличие выростов и перфорированность могут в дальнейшем учитываться как диагностические признаки в определении данных видов. В результате изучения морфологии спор подтверждено наличие в птеридофлоре Республики Бурятия A. tenuicaule.
Благодарности. Авторы признательны зав. лабораторией водной экологии ИВЭП СО РАН (г. Барнаул), к. б. н. В. В. Кириллову и сотрудникам лаборатории за предоставленную возможность проведении исследований на СЭМ. Отдельную благодарность выражаем П. Г. Ефимову за предоставленные фотоизображения гербар-ных листов видов р. Asplenium из Гербария Института ботаники Академии наук Китая в Пекине (PE). Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 12-04-90715-моб_ст).
ЛИТЕРАТУРА
Bobrov A. E., Kupryanova L. A., Litvintseva M. V., Tarasevich V. F. Spore morfology of the Pteridophyta // Spore Pteridophyta and pollen gymnosperms and monocots plants flory european part of USSR. - Leningrad, 1983. - P. 6-49 [In Russian]. (Бобров А. Е., Куприянова Л. А., Литвинцева М. В., Тарасевич В. Ф. Морфология спор Pteridophyta - Папоротникообразных // Споры папоротникообразных и пыльца голосеменных и однодольных растений флоры европейской части СССР. - Л., 1983. - С. 6-49).
Chernykh K. V., Vershinin K. E., Kalyuzhnyy S. S. On the morphology of some representatives of the family Aspleniaceae of the Baikal region // Proceedings of the First Russian pteridological conference and school - seminar on pteridology (Tomsk , Barnaul, 20-30 August 2007) [Trudy Pervoy rossiyskoy pteridologicheskoy konferentsii i shkoly-seminara po pteridologii]. - Tomsk: Publishing house of Tomsk University, 2007. - P. 176-178 [In Russian] (Черных К. В., Вершинин К. Е., Калюжный С. С. К морфологии спор некоторых представителей сем. Aspleniaceae из Прибайкалья // Труды Первой российской птеридологической конф. и школы-семинара по птеридо-логии (Томск-Барнаул, 20-30 августа 2007 г.). - Томск: Изд-во Томск. ун-та, 2007. - С. 176-178).
Namzalova B. D.-Tc., Shmakov A. I. Asplenium nesii, a new fern species to the Baikal Siberia // Turczaninowia, 2009. - Т. 12, № 3-4. - С. 63-65 [In Russian]. (Намзалова Б. Д.-Ц., Шмаков А. И. Новый для Байкальской Сибири папоротник Asplenium nesii Christ // Turczaninowia, 2009. - Т. 12, № 3-4. - С. 63-65).
Namzalova B. D.-Tc., Chimitov D. G., Imetchenova O. V., Shmakov A. I. New findings of the family Aspleniaceae Newman in Buryatiya (West Transbaikalia) // Turczaninowia, 2010. - Т. 13, No. 3. - С. 73-74 [In Russian]. (Намзалова Б. Д.-Ц., Чимитов Д. Г., Иметхенова О. В., Шмаков А. И. Новые местонахождения видов семейства Aspleniaceae Newman в Бурятии (Западное Забайкалье) // Turczaninowia, 2010. - Т. 13, № 3. - С. 73-74).
Regalado L., Sánchez C. Spore morphology as a taxonomic tool in the delimitation of three Asplenium L. species complexes (Aspleniaceae: Pteridophyta) in Cuba // Grana, 2002. - Vol. 41, No. 2. - P. 107-113.
Shmakov A. I. Synopsis of the Ferns of North Asia // Turczaninowia, 2009. - Т. 12, № 3-4. - С. 88-148 [In Russian]. (Шмаков А. И. Конспект папоротников Северной Азии // Turczaninowia, 2009. - Т. 12, № 3-4. - С. 88-148).
Shmakov A .I. Ferns of North Asia. - Barnaul: ARTOKA, 2011. - 209 с. [In Russian]. (Шмаков А. И. Папоротники Северной Азии. - Барнаул: ARTOKA, 2011. - 209 с.).
Tardieu-Blot M.-L. Sur les spores d'Adianthaceae, Aspleniaceae, Thelypteridaceae et Athyriaceae de Madascar // Pollen et Spores, 1965. - Vol. 7. - P. 319-338.
Tryon A. F., Lugardon B. Spores of the Pteridophyta. - Springer, Berlin, 1991. - 856 p.
Tryon R. M., Tryon A. F. Ferns and Allied Plants with Special Reference to Tropical America. Springer-Verlag, New York, 1982. - 757 p.
Uvarova O. V., Shmakov A. I. Detection of hybrid origin of Asplenium species with RAPD-PCR method // Turczaninowia, 2010a. - Vol. 13, iss. 1. - P. 129-134 [In Russian]. (Уварова О. В., Шмаков А. И. Выявление гибридного происхождения представителей рода Asplenium L. с помощью RAPD-PCR-метода // Turczaninowia, 2010a. - Т. 13, вып. 1. - С. 129-134.
Uvarova O. V., ShmakovA. I. Variability of representatives genius Asplenium L. from Altai based on RAPD-PCR // 2nd Moscow International Conference "Molecular Phylogenetics MolPhy-2" (Moscow, 18-21 May 2010). - Moscow, 2010b. - P. 176-177.
Viane R. L. L. Notes about Asplenium I. Asplenium quezelii, a pseudo-endemic species identical with A. daghes-tanicum (Aspleniaceae: Pteridophyta) // Fern Gazette, 1987. - Vol. 13. - P. 143-149.
Viane R. L. L., Reichstein T. Notes on new or interesting Asplenium species from western Asia, including comments on Ching & Wu (1985) and Fraser-Jenkins (1992). Reliquiae Reichsteinianae // Pteridology in the new Millenium / Eds. S. Chandra, M. Srivastava. - Kluwer Academic Publishers, 2003. - P. 73-105.
