CC BY
27
РЕПРОДУКТИВНАЯ БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
УДК 582.573.76:582.548.25:581.4
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСТЬИЧНОГО АППАРАТА НЕКОТОРЫХ СОРТОВ HEMEROCALLIS x HYBRIDA HORT. И CANNA x HYBRIDA HORT.
Т.Н. КУЗЬМИНА, СВ. ШЕВЧЕНКО Никитский ботанический сад - Национальный научный центр, Республика Крым, РФ
Приведены результаты изучения длины устьиц и числа хлоропластов, содержащихся в замыкающих клетках устьиц, у некоторых сортов Hemerocallis x hybrida hort. и Canna x hybrida hort. с различной плоидностью. Показана тесная положительная корреляция между плоидностью и морфометрическими параметрами устьица, а также числом хлоропластов, содержащихся в замыкающих клетках.
Ключевые слова: устьичный аппарат, плоидность, Hemerocallis xhybrida hort., Canna x hybrida
hort.
Введение
Известно, что полиплоидизация приводит к изменению ряда морфологических характеристик растений [1, 10]. Наличие таких различий были доказаны для представителей семейств Solanaceae, Fabaceae, Brassicaceae, Asteraceae, Chenopodiaceae, Liliaceae и др. [2-9, 11], что позволяет идентифицировать полиплоиды, основываясь на морфометрических параметрах отдельных структур. Одним из наиболее доступных цитологических методов идентификации плоидности растений является измерение устьиц и подсчет числа хлоропластов в замыкающих клетках устьиц [8, 10].
Лилейник гибридный (Hemerocallis x hybrida hort., сем. Hemerocallidaceae) и канна садовая (Canna x hybrida hort., сем Cannaceae) - декоративные культуры, широко используемые в озеленении, что обусловливает необходимость селекционной работы для создания новых сортов, адаптированных к специфическим условиям различных регионов. Использование методов предварительной идентификации плоидности во многом может облегчить проведение генетико-селекционной работы с данными культурами. Целью данной работы было выявление зависимости плоидности и морфологических характеристик устьичного аппарата некоторых сортов Hemerocallis x hybrida и Canna L. на основании показателей длины устьица и числа хлоропластов в паре замыкающих клеток устьица.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования были сорта H. x hybrida hort. различной плоидности -диплоид 'Pandora's Box' и тетраплоид 'Anna Warner', произрастающие на одной куртине коллекции лилейников НБС - ННЦ, а также Canna indica L. и 6 сортов и сортообразцов C. x hybrida hort. различных сортотипов, среди которых, по данным Т.А. Шолоховой [13], триплоиды - 'Крымские зори', 'Feuervogel'. Для остальных сортов и сортообразцов Canna hybrida hort. плоидность не установлена.
Работу проводили в соответствии с общепринятой методикой определения степени плоидности [10]. Для исследования брали сформированные листья без видимых повреждений. Эпидермис отделяли от основания листа с его абаксиальной стороны. Морфометрические измерения проводили в 10 полях зрения для каждого
препарата, используя микроскоп AxioScope A.1 (Carl Zeiss) и программное приложение AxioVision Rel. 4.8.2. Микрофотографии получены с помощью системы анализа изображения AxioCam ERc5s.
Для статистической обработки полученных измерений использовали программное приложение Statistica 6.0., с помощью которого определяли среднее арифметическое значение (М), стандартную ошибку среднего (m), стандартное отклонение, или среднее квадратическое отклонение (а), на основании которых вычисляли коэффициент вариации (СУ). Достоверность различий между вариантами оценивали с помощью t-критерия Стьюдента на 5%-ном уровне значимости, обеспечивающем 95%-ную доверительную вероятность, а также проводили корреляционный анализ.
Результаты и обсуждение
Согласно классификации типов устьиц, учитывающей характер расположения сопровождающих клеток относительно замыкающих, непосредственно образующих устьице, устьичный аппарат у H. x hybrida можно охарактеризовать как аномоцитный (рис. 1). У представителей рода Canna L. сопровождающие клетки располагаются параллельно замыкающим и устьичной щели, что характерно для парацитного типа устьичного аппарата (рис. 2).
Рис. 1 Фрагмент эпидермиса листа H. hybrida с устьицами: А - 'Pandora's Box'(2n=2x); Б - 'Anna Warner' (2n=4x)
Рис. 2 Фрагмент эпидермиса абаксиальной стороны листьев Canna indica (A) и некоторых сортов Canna hybrida hort. (Б - Крымские зори; В - Ливадия; Г - Престиж)
Данные длины замыкающих клеток и числа хлоропластов в них у двух сортов H. x hybrida с различной плоидностью, C. indica и нескольких сортов C. x hybrida, относящихся как к каннам Крози, так и к орхидеевидным каннам, приведены в таблице 1. Характерно, что количество хлоропластов в замыкающих клетках устьиц увеличивается с повышением степени плоидности сорта. При этом, у H. x hybrida числа хлоропластов в границах варьирования не перекрывают друг друга на обоих уровнях плоидности.
Таблица 1
Морфометрическая характеристика устьичного аппарата абаксиального эпидермиса листьев некоторых сортов и сортообразцов Hemerocallis x hybrida и Canna x hybrida
Вид, торт Длина устьица, дт Число хлоропластов в замыкающих клетках устьица
M±m min-max M±m min- max
1 2 3 4 5 6 7
Сем. Hemerocallidaceae
Hemerocallis x hybrida
Pandora's Box 30,20± 0,33 26,10-37,47 7,65 19,50± 0,36 13-24 12,97
Anna Warner 51.43±0.61 43,19-61,44 8,42 44,98± 0,74 35-60 11,65
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5 6 7
Сем. Cannaceae
Canna indica 33,32± 0,38 27,69-38,15 8,01 18,86± 0,44 14-27 16,70
Canna x hybrida Канны Крози
The President 37,87±0,39 31,66-42,48 7,29 19,48±0,34 14-25 12,47
Ливадия 31,56±0,32 25,73-37,81 7,13 14,11±0,24 11-17 11,98
Крымские зори 41,32±0,34 35,56-46,58 5,76 25,82±0,42 17-38 11,66
Орхидеевидные канны
Suevia 33,75±0,34 27,43-38,97 7,20 15,68±0,27 11-20 12,18
Feuervögel 44,87±0,43 39,35-52,13 6,75 24,56±0,40 20-30 11,44
Престиж 42,34±0,33 37,64-48,26 5,50 20,10±0,40 14-26 14,03
Примечание. М - среднее арифметическое; т - стандартная ошибка среднего; тш-тах -минимальное и максимальное значение выборки; СУ - коэффициент вариации.
Аналогичная картина наблюдается и у представителей рода Canna. Так, у С. indica с диплоидным набором хромосом, равным 18 [12], 24% устьиц содержат от 16 до 18 хлоропластов, у триплоидных сортов Крымские зори и Feuervögel преобладают устьица с 25-30 хлоропластами. У сортов The President и Престиж доминируют устьица с 18-20 хлоропластами, а число хлоропластов у 'Ливадии' и 'Suevia', как правило, составляет 14-16, что несколько меньше, чем у С. indica. В целом существует достоверное различие при сопоставлении чисел хлоропластов, содержащихся в паре замыкающих клеток устьица вида и триплоидных сортов, соответственно для сортов Крымские зори (t= 11,31) и Feuervögel (t = 9,56)
Характерно, что у диплоидного и тетраплоидного сортов H. x hybrida морфометрические параметры устьиц в границах варьирования не перекрывают друг друга и повышаются в соответствии с увеличением степени плоидности. Было установлено достоверное различие длины устьица у диплоидного сорта Pandora's Box и тетраплоидного сорта Anna Warner (t = 30,55).
Сравнение длины устьиц C. indica с диплоидным набором хромосом и триплоидных сортов Крымские зори (t= 15,81) и Feuervögel (t = 20,23) показало их достоверное различие.
С целью определения характера взаимосвязи плоидности с морфологическими характеристиками устьица был проведен корреляционный анализ, который установил наличие тесной положительной корреляции у H. x hybrida как между плоидностью и длиной устьиц, так и между плоидностью и числом хлоропластов в замыкающих клетках устьиц (r = 0,95). Корреляционный анализ плоидности и морфометрических параметров устьица у С. indica с диплоидным набором хромосом (2n = 2x) и триплоидных сортов C. x hybrida "Крымские зори' и 'Feuervögel' (2n = 3x) выявил у представителей рода Canna L. наличие тесной положительной корреляции между плоидностью и длиной устьиц (r = 0,83), а также между плоидностью и числом хлоропластов в паре замыкающих клеток (r = 0,70) (табл. 2).
Таблица 2
Корреляционная связь между плоидностью и морфометрическими параметрами устьиц, расположенных на абаксиальной стороне листьев некоторых сортов и сортообразцов
Hemerocallis x hybrida и Canna x hybrida
Вид Показатель Коэффициент корреляции (r)
Hemerocallis x hybrida Плоидность - длина устьица 0,95
Плоидность - число хлоропластов в паре замыкающих клеток устьица 0,95
Canna indica Canna x hybrida Плоидность - длина устьица 0,83
Плоидность - число хлоропластов в паре замыкающих клеток устьица 0,70
Характерно, что отношение длины замыкающих клеток устьиц диплоидного и тетраплоидного сортов H. x hybrida составляет 1:1,7, а их числа хлоропластов относятся как 1:2,3. Для представителей рода Canna выявлено, что длина устьиц С. indica и триплоидных сортов относятся друг к другу как 1:1,2 - 1:1,3. Отношение числа хлоропластов диплоида и триплоидных сортов Крымские зори и Feuervögel составляет 1:1,4 и 1:1,3, соответственно. В целом, морфометрические параметры устьичного аппарата диплоидных и триплоидных форм у Canna относятся как 1:1,2 - 1,4. К данному диапазону отношений приближены данные длины устьица сортообразца Престиж (1:1,27), что позволяет предположить его триплоидность. Сопоставление длин устьиц С. indica и некоторых сортов и сортообразцов с неустановленной плоидностью показали, что у 'Ливадии' и 'Suevia' данный параметр практически не отличается от С. indica, в то же время различие длины устьиц между С. indica и 'The President' составило 1:1,14. По числу хлоропластов, содержащихся в замыкающих клетках устьица, данные сорта практически не отличаются от С. indica.
Обобщая результаты данного исследования, можно сказать, что у H. x hybrida как морфометрические показатели длины устьица, так и данные числа хлоропластов, содержащихся в замыкающих клетках, отражают закономерности изменения плоидности. У представителей рода Canna более показательным признаком, отражающим степень плоидности, является длина устьица.
Выводы
Выявлена тесная корреляционная зависимость между плоидностью сорта и морфометрическими данными, характеризующими устьица, расположенные на абаксиальной стороне листьев сортов H. x hybrida и C. x hybrida.
Показано достоверное различие между длиной замыкающих клеток и числом хлоропластов в них у диплоидного и тетраплоидного сортов H. x hybrida, а также у диплоидного вида C. indica и триплоидных сортов.
Отношение значения длины устьица диплоидного и тетраплоидного сорта H. x hybrida соответствует отношению 1:1,7, а число хлоропластов - 1:2,3. Длина замыкающих клеток устьица, а также число хлоропластов, содержащихся в них, у диплоидного вида C. indica к аналогичным параметрам триплоидных сортов C. x hybrida относятся друг к другу, как 1:1,2-1:1,4.
Морфометрические параметры устьичного аппарата H. x hybrida и C. x hybrida являются показательными признаками, позволяющими дать предварительную оценку плоидности.
Список литературы
1. Атабекова А.И., Устинова Е.И. Цитология растений. - М.: Колос, 1980. - 327
с.
2. Драч Н.П. Исследование жизнеспособности пыльцы полиплоидов кормовой свеклы // Экспериментальная полиплоидия у культурных растений. - К., 1974. -С. 104 -108.
3. Дьячук П.А., Попова И.С. Полиплоидия у гороха // Генетика. - 1967. - Т.3, № 1. - С. 13-24.
4. Кутлунина Н.А. Жеребцова М.И., Зимницкая С.А. Размер и качество пыльцевых зерен видов Tulipa (Liliaceae) и Saxifraga (Saxifragaceae) разной плоидности // Бот. журн. - 2006. - Т. 91, № 1. - С. 1695-1704.
5. Лаптев Ю.П., Макарова П.П., Глазова М.В., Шугаева Е.В., Михайлова С.П., Архангельская М.А., Владимирова И.А. Устьичный аппарат и пыльца как показатели плоидности растений // Генетика. - 1976. - Т. 12, № 1. - С. 47-55.
6. Одинцова И.Г. Искусственные полиплоиды клевера (T. resupinatum L. и T. incarnatum L.) // Генетика. - 1965. - Т. 1, № 3. - С. 85-91.
7. Патн В.О., Патна €.Б. Особливосп пилку аутополшлощних та диплощних форм буряка // Укр. бот. журн. - 1965. - Т. 22, № 2. - С. 28-35.
8. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. - М.: Колос, 1970. - 255 с.
9. Рудь В.Д. Экспериментальное получение тетраплоидной редьки (Raphanus sativus L.) // Экспериментальная полиплоидия в селекции растений. - Новосибирск, 1966. - С. 299-305.
10. Рыбин В.А. Цитологический метод в селекции плодовых. - М.: Колос, 1967. -
216 с.
11. Сорока А.И. Дифференциация гаплоидных и диплоидных растений рапса на цитологическом и морфологическом уровнях // Цитология и генетика. - 2013. - Т. 47, № 2. - С. 34-39.
12. Хромосомные числа цветковых растений / Под ред. А.А. Федорова. - Л.: Наука, 1969. - 926 с.
13. Шолохова Т.А. Биологические особенности и селекция канны садовой: Автореф. дис. канд. биол. наук. - Ялта, 2001. - 20 с.
Статья поступила в редакцию 10.11.2014 г.
Kuzmina T.N , Shevchenko S.V. The comparative characteristics of the stomatal apparatus in some varieties of Hemerocallis x hybrida hort. and Canna x hybrida hort. // Bull. of the State Nikit. Botan. Gard. - 2014. - № 112. - Р. 59 - 64.
The results of the study of the stomata length and the chloroplasts' numbers in the pair of stomata guard cells in some varieties of Hemerocallis x hybrida hort. and Canna x hybrida hort. with various ploidy have been given. The ratio of stomata length in diploid and tetraploid varieties H. x hybrida is 1:1,7 and the number of chloroplasts - 1:2,3 corresponds. The length of stomata and the number of chloroplasts in diploid C. indica and triploid varieties C. x hybrida concern to each other as 1:1,2 - 1:1,4. The stomata length and the chloroplasts' number in the pair of stomata guard cells positive correlates with plant ploidy.
Key words: stomata, ploidy, Hemerocallis xhybrida hort., Canna x hybrida hort.
