CC BY
18Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 22 (61). 2009. № 1. С. 87-93.
УДК 594.2 581:582.
СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕПРОДУКТИВНЫХ СТРУКТУР ДИКОРАСТУЩИХ ОРХИДНЫХ КРЫМА
Теплицкая Л.М., Янцев А.В., Ржевская В.С.
Представлены результаты по статистическому анализу морфометрических параметров (длина, ширина) завязей 4-х видов орхидных флоры Крыма. Показана высокая вариабельность линейных параметров завязей. Выявлены достоверные статистические показатели, которые могут быть критерием оценки вида на определенной стадии развития плодов и семян.
Ключевые слова: статистический анализ, морфометрические параметры, Orchis picta, Orchis simia, Orchis purpurea, Cephalanthera damasonium.
ВВЕДЕНИЕ
При разработке метода асимбиотического размножения орхидей in vitro одной из первых задач является определение стадии развития семян. Эта стадия, как указывает ряд авторов видоспецефична [1-3]. В настоящее время она определена для Dactylorhiza baltica, D. incarnata, D. Maculata, D. Lancebractata, Cyprepedium calceolus, C. Macranthos, Orchis militaris, Listera ovata [4, 5]. Для ряда растений выявлены коррелятивные зависимости морфометрических параметров репродуктивных органов (пыльники, завязи, семязачатки) и стадиями развития пыльцы, семян, зародышевых мешков [6, 7]. Для орхидных известны работы по влиянию степени зрелости семян на процесс их прорастания [2].
Известно, что процент всхожести семян орхидных в природных условиях невысок и составляет около 5%, но причины такой низкой всхожести до сих пор не выявлены. Имеется ряд гипотез, которые свидетельствуют о морфологической и физиологической неполноценности части семян. Присутствие в плоде достаточно большого количества семян может быть связано со сложностью процесса опыления и формирования зародыша данных видов орхидей. Морфометрические исследования репродуктивных структур на определенных стадиях развития могут оказать помощь в определении оптимальной стадии развития полноценных семян, а также дополнить список диагностических признаков вида. Такие исследования для дикорастущих видов флоры Крыма не проводились. В связи с этим целью работы было изучить морфометрические параметры завязей и дать детальную статистическую оценку этим параметрам. Определить степень достоверности и критерий оценки видов по репродуктивным структурам.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Материалом исследования были завязи дикорастущих видов орхидей флоры Крыма: Orchis picta Loisel - Ятрышник точечный (раскрашенный), Orchis simia Lam. - Ятрышник обезьяний, Orchis purpurea Hunds. - Ятрышник пурпурный, Cephalanthera damasonium Mill. - Пыльцеголовник крупноцветковый.
Материал использовали свежий и фиксированный смесью Карнуа [10]. Принимая во внимание неравномерность развития семян и плодов в разных частях соцветия, для работы отбирали завязи только из средней части соцветия через 30-40 дней после опыления (увядания венчика). Данный признак совпадает с фазой сформированного семени, а завязь остается еще зеленной. За период 2005-2006 года было исследовано 100-300 завязей каждого вида и 100-500 семян. Микроскопические и морфологические исследования проводили с помощью микроскопа МОВ-1-1,5х, при объективе 40х и окуляре 10х.
Статистическую обработку данных проводили по общепринятым методам вариационной статистики [2, 3], с использованием набора компьютерных статистических программ Excel. Определяли среднюю арифметическую (х), ее погрешность (Sx), а также наиболее важные статистические показатели вариабельности признаков - вариансу (о2), средние квадратные отклонения (о2), коэффициент изменчивости (CV). Для выяснения корреляционной связи между изучаемыми линейными параметрами ширина и длина завязи, ширина и длина зародышей определяли коэффициент (г). Оценку достоверности разницы между средними арифметическими и оценку достоверности коэффициента корреляции проводили с использованием t-критерия по Стьюденту.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Данные полученные при измерениях длины завязи и их статистической обработке, представлены в таблице 1.
У вида O. picta максимальная длина завязи составляла 22,0 мм, минимальная -8,0 мм, со средним значением показателя - 16,7±0,5 мм.
У вида О. simia максимальная длина завязи составляла 20,0 мм, минимальная -2,0 мм. Среднее значение показателя - 17,6±0,56 мм.
Для вида О. purpurea длины завязи варьировала от 1 мм до 10 мм, среднее значение показателя - 4,8 ±0,32 мм.
У вида C. damasonium минимальная длина завязи составляла 3,0 мм, максимальная - 15 мм. Среднее значение показателя - 8,1±0,70 мм.
Сопоставление длины завязи показывает, что для первых двух видов параметр практически не отличается. Максимальную длину завязи имеет О. simia - 17,6 мм, минимальную - О. purpurea - 4,8 мм.
Наибольшее рассеяние вариант в совокупности вокруг средней арифметической или отклонение было выявлено у вида C. damasonium - а=0,650, наименьшее - у O. picta а=0,068, у О. Simia этот показатель отличается незначительно (а=0,068 и а=0,091). Соответственно среднее отклонение не улавливает истинной закономерности вариации, поэтому необходимо рассматривать
Таблица 1.
Линейные параметры длины завязи четырех видов Орхидных
Вид растения Orchis picta Orchis simia Orchis purpurea Cephalanthera damasonium
Выборка (n) 120 120 300 170
Длина завязи, мм max 22,0 20,0 10,0 15,0
min 8,0 12,0 1,0 3,0
Среднее арифметическое (х') 16,7 17,6 4,8 8,1
Среднее отклонение (а) 0,068 0,091 0,146 0,650
Стандартное отклонение (5) 1,973 1,942 2,006 2,977
Дисперсия (52) 3,890 3,771 4,026 8,861
Коэффициент вариации (СУ),% 11,779 11,034 41,791 36,753
Ошибка средней ^х') 0,50 0,56 0,32 0,70
Показатель точности (Cs),% 3,4 3,2 6,9 8,9
такие показатели вариации, как среднее квадратическое отклонение вариант от средней арифметической (дисперсия) и стандартное отклонение. Наибольшее значение дисперсии по изученному морфометрическому параметру у представителей вида C. damasonium: о2=8,861, минимальное - у О. simia: о2=3,771. Это говорит о том, что минимальное рассеяние вариант в вариационном ряду вокруг средне арифметической не у O. picta, как показало среднее отклонение, а у О. simia. Самое большое значение коэффициента вариации V имеет вид О. purpurea -41,791%, минимальное - О. simia - 11,034%. Коэффициенты вариации для первого и второго видов имеют почти одинаковое значение (11,779 и 11,034). Максимальное значение ошибки средней арифметической Sx имеет вид C. damasonium - 0,70, минимальное значение Sx имеет вид О. purpurea - 0,32. Это показывает, что наибольшее расхождение между средними значениями длины завязи в выборке и генеральной совокупности - C. damasonium, минимальное - у О. purpurea. Сравнивая показатели точности Cs, можно сказать, что наибольшее приближение к генеральной совокупности выявилось у видов O. picta и О. simia - 3,4% и 3,2% соответственно, наименьшее у видов О. purpurea и C. damasonium - 6,9% и 8,9% соответственно. В результате сопоставления средних значений длины завязи и дисперсии определили достоверные различия средних значений и в степени дисперсии показателя (табл. 2).
Результаты, полученные при измерениях ширины завязи и их статистической обработке, представлены в таблице 3. Сопоставление показателей завязи показывает, что для видов 1 и 3 этот параметр почти не отличается, максимальную ширину завязи имеют представители вида C. damasonium х'-7,92 мм, минимальную О. рurpurea х'-2,0 мм. Средняя арифметическая S^ указывает на то, какое значение признака наиболее характерно для данной совокупности. Но одного этого
показателя еще не достаточно для характеристики совокупности, так как главной особенностью совокупности является наличие разнообразия между ее членами, т. е. Вариация. Всякая вариация в популяции растений отражает различия между особями и условиями, при которых они росли. Колебания всех вариантов обобщат среднее отклонение. Наибольшее среднее отклонение (a) было выявлено у вида О. simia a = 0,272, наименьшее среднее отклонение - у вида C. damasonium a=0,04. Это указывает на то, что максимальные вариации показателей ширины завязи около среднего значения наблюдаются у О. simia, минимальные у C. damasonium.
Таблица 2.
Результаты сопоставления средних значений длины завязи и дисперсии
Orchis picta Orchis simia Orchis purpurea Cephalanthera damasonium
Orchis picta Х t t
Orchis simia Х t t
Orchis purpurea t t Х tF
Cephalanthera damasonium t t tF Х
Условные обозначения: t - достоверные различия средних значений длины завязи; F -достоверные различия в степени дисперсии показателя (р=0,95) (рис. 1).
Max длина Min длина Средняя Дисперсия
Рис. 1. Выборочные значения длины завязи.
□ Orchis picta
□ Orchis simia
Ш Orchis purpurea E3 Cephalanthera damasonium
Однако среднее отклонение не улавливает истинной закономерности вариации, т.е. Рассеяния вариант в совокупности или в вариационном ряду вокруг средней арифметической. Более совершенными показателями, характеризующими вариацию являются среднее отклонение, вариант от средней арифметической (дисперсия) и стандартное отклонение. Наибольше значение дисперсии у
представителей вида C. damasonium - g2 = 5,356, наименьшее у О. purpurea - g2 = 0,127. Минимальное рассеивание вариант в вариационном ряду вокруг средней арифметической не у C. damasonium, как показало среднее отклонение, а у О. рurpurea. Максимальное рассеивание вариант - у C. damasonium.
Таблица 3.
Линейные параметры (ширина) завязи четырех видов орхидных
Вид растения Orchis picta Orchis simia Orchis purpurea Cephalanthera damasonium
Выборка (n) 12 12 13 12
Ширина завязи, мм max 4 4 2,3 7,3
min 1,5 2 1,7 4,0
Среднее арифметическое (х') 2,2 2,9 2,0 7,92
Среднее отклонение (а) 0,036 0,272 0,008 0,004
Стандартное отклонение (5) 0,893 0,644 0,346 2,314
Дисперсия (52) 0,797 0,415 0,127 5,356
Коэффициент вариации (СУ),% 40,590 22,206 17,314 29,217
Ошибка средней ^х') 0,257 0,186 0,095 0,668
Показатель точности (Cs),% 11,718 6,411 4,798 8,434
Показатель достоверности ^х'),% 8,537 15,598 20,855 11,856
Для сравнения степени изменчивости групп растений разных видов применяют коэффициент вариации V. Он показывает, какой процент от средней арифметической составляет о. Самое большое значение коэффициента вариации имеет вид O. picta - 40,6%, наименьший коэффициент вариации характеризует данные по ширине завязи у О. purpurea - 17,314%, таким образом, наибольшая степень изменчивости ширины завязи у O. picta, минимальная - у О. purpurea.
Наибольшее значение ошибки средне арифметической Sx' у C. damasonium -0,668, наименьшее у О. purpurea - 0,095. Это показывает, что максимальное расхождение между средними значениями ширины завязи в выборке и генеральной совокупности у C. damasonium, минимальное - у О. purpurea. Для количественной оценки выборочной ошибки используется показатель точности Cs. Он показывает, насколько приблизились к реальной генеральной совокупности. Из табл. 3 видно, что наибольшее приближение к генеральной совокупности выявилось у О. purpurea - 4,80%, наименьшее - у O. picta - 11,7%.
Для определения достоверности статистического показателя вычисляли для исследованных четырех видов орхидных показатель достоверности. Все четыре
вида показателя достоверны, т. к. tф>tт. Таким образом, выборки исследуемых четырех видов орхидных репрезентативны.
В результате сопоставления средних значений ширины завязи и дисперсии отметили достоверные различия средних значений показателя и достоверные различия в степени дисперсии данного показателя (табл. 4).
Таблица 4.
Результаты сопоставления средних значений ширины завязи и дисперсии
Orchis picta Orchis simia Orchis purpurea Cephalanthera damasonium
Orchis picta Х t F tF
Orchis simia t Х tF tF
Orchis purpurea F tF Х tF
Cephalanthera damasonium tF tF Х
Условные обозначения: t - достоверные различия средних значений длины завязи; F достоверные различия в степени дисперсии показателя (р=0,95) (рис. 2).
Max ширина Min ширина
Средняя ширина
Дисперсия
□ Orchis picta
□ Orchis simia
0 Orchis purpurea
□ Cephalanthera damasonium
0
Рис. 2. Выборочные значения ширины завязи.
Таким образом, проведенный детальный статистический анализ морфологических линейных параметров завязей видов орхидей, показал, что критерием оценки репродуктивных органов не всегда могут быть средне арифметические показатели. Достоверность различий определяется и степенью дисперсии. Аналогичные исследования были проведены и по объему зародыша, длине и ширине семени.
ВЫВОДЫ
1. Показана высокая вариабельность линейных параметров завязей четырех видов орхидных: Orchis picta, Orchis simia, Orchis purpurea, Cephalanthera damasonium.
2. Выявлены достоверные статистические показатели, которые могут быть критерием оценки конкретного вида на определенной стадии развития плодов семян.
3. Определен показатель достоверности для изученных видов и показана репрезентативность выборки.
Список литературы
1. Теплицкая Л. М. Изучение морфометрических параметров семян орхидных флоры Крыма в связи с проблемой их прорастания in vitro / Теплицкая Л. М., Ржевская В. С., Янцев А. В. // Экосистемы Крыма, их оптимизация и охрана. - 2005. - С. 98 - 106.
2. Андронова Е. В. Эмбриогенез и постсеменное развитие орхидных (на примере Dactylorhiza baltica, D. Incarnate, Thunia marschalliana, Bletilla striata) : автореф. дисс. на соискание учен. степени канд. биол. наук : спец. 03.00.05 «Ботаника» / Е. В. Андронова. - Л., 1988. - 24 с.
3. Куликов П. В. Экология и репродуктивные особенности редких орхидных Урала: дисс. ... канд. биол. наук : 03 00 05 / П. В. Куликов. - Екатеринбург, 1995. - 487 с.
4. Arditti J. P. Plant strategies and vegetation processes / Arditti J. P. - Chichester: John Willey Souns, 1979. - Р.1-22.
5. Fast G. Orchid seed germination and seedling culture - a manual: Europeanterrestrial orchids (symbiotic and asymbiotic methods) / Fast G. // Orcids biology-reviews and perspectives - 1982. - N° 2. - Р. 303-326.
6. Круглова Н. Н. Микроспора злаков как модельная система для изучения путей морфогенеза: автореф. дисс. на соискание учен. степени док. биол. наук : спец. 03.00.05 «Ботаника» / Круглова Н. Н. - Уфа, 2002. - 48 с.
7. Резникова С. А. Цитология и физиология развивающегося пыльника / Резникова С. А. - М.: Наука, 1984. - 266 с.
8. Лакин Г. Ф. Биометрия:[учебн. пособие для биол. спец. ВУЗов] / Г. Ф. Лакин. - 4-е изд. перер. и допол. - М.: Высш. шк.,1990. - 352 с.
9. Рокицкий П. Ф. Биологическая статистика: [учебн. пособие для биол. фак-тов ун-тов] / П. Ф. Рокицкий - 3-е изд., исправ. - Минск: Вышейшая школа, 1973. - 319 с.
10. Паушева З. П. Практикум по цитологии растений / Паушева З. П. - М.: Агропромиздат, 1988. - 270 с
Теплицька Л.М., Янцев О.В., Ржевська В.С. Статистичний аналз морфометричних параме^в репродуктшних структур дикорастучих орхщних Криму // Вчет записки Тавршського национального утверситету iм. В.1. Вернадського. Серш „Бюлогш, xiмiя". - 2009. - Т. 22 (61). - № 1. - С. 87-93.
Представлен результата зi статистичного анатзу морфометричних параметрiв (довжина, ширина) зав'язей 4-х видiв орхщних флори Криму. Показана висока варiабельнiсть лшшних параметрiв зав'язей. Виявлеш достовiрнi статистичш показники, як можуть бути критерiем оцшки виду на певнш стадп розвитку пш^в та насшня.
Ключовi слова: статистичний анашiз, морфометрични параметр^ Orchis picta, Orchis simia, Orchis purpurea, Cephalanthera damasonium.
Teplitckaya L.M., Yancev A.V., Rjevskaya V.S. The statistical analysis of morphometric parameters of reproductive structures of wild Crimea's orchids // Uchenye zapiski Tavricheskogo Natsionalnogo Universiteta im. V. I. Vernadskogo. Series «Biology, chemistry». - 2009. - V.22 (61). - № 1. - P. 87-93.
The results of statistical analysis of ovary's morphometric parameters (length, width) of 4 orchid's species of Crimea's flora are represented. It is shown the high variability of the linear parameters of ovaries. Revealed reliable statistical indicators, which can be criteria for assessing the species at some stage of development of fruits and seeds.
Keywords: statistical analysis, morphometric parameters, Orchis picta, Orchis simia, Orchis purpurea, Cephalanthera damasonium.
Поступила в редакцию 26.04.2009 г.
