Изменчивость эпидермальных структур листа Hydrangea paniculata (Hydrangeaceae) в условиях культуры

Для исследования эпидермальных структур использовали сформированные листовые пластинки. С одного модельного растения брали 10 листьев со средней части побега с юго-западной стороны куста, так как, по закону В.Р. Заленского, чем выше на стебле расположен лист, тем меньше размеры всех входящих в его состав клеток, больше число устьиц на единицу поверхности.

Для изготовления препаратов использовали метод отпечатков. На абаксиальную и адаксиальную поверхность листовых пластинок гербарных образцов наносили тонкий слой лака, через 2 часа снимали лаковую пленку пинцетом и помещали на предметное стекло. Исследование эпидермы проводили с помощью электронного микроскопа Axioplan 2 с компьютерной микрофотосъемкой при 5х-, 10х-, и 20х-кратном увеличении. Анализ изображения и получение метрических данных (длина, ширина основных клеток эпидермы и устьиц) осуществляли с использованием компьютерной программы AxioVision Rel. 4.8.

Измерение и количественный учет клеток и устьиц проводили на 10 листьях в 5 полях зрения на каждом листе, по 30 замеров для каждого поля зрения. Подсчитывали количество клеток верхней (Nve) и нижней (Nne) эпидермы и устьиц (Nu) на 1 мм². Измеряли восемь морфометрических признаков: длину (Lli) и ширину (Wli) листа, длину (Lve) и ширину (Wve) основных клеток верхней эпидермы, длину (Lne) и ширину (Wne) основных клеток нижней эпидермы, длину (Lu) и ширину устьиц (Wu). Изменчивость количественных и морфометрических признаков оценивали по коэффициенту вариации. Типы устьиц определяли по классификации М.А. Барановой (1985), описание формы эпидермальных клеток проводили по методике С.Ф. Захаревича (1954), описание волосков – по методике Н.А. Анели (1975). Устьичный индекс (Ui) для нижней эпидермы листа определяли по формуле

Ui = Nu×100% / (Nne + Nu), где Nu – число устьиц на 1 мм²; Nne – число основных клеток нижней эпидермы на 1 мм².

Статистический анализ данных (среднее значение, его ошибка, коэффициент вариации) выполнен в программе Microsoft Exсel, корреляционный анализ в программе SciPy. Критическое значение коэффициента корреляции при 5%-м уровне значимости принималось равным 0,433 [Кобзарь, 2006]. Для оценки уровня изменчивости использовали классификацию С.А. Мамаева (1975): очень низкий (Сv < 7%), низкий (Сv = 7– 12%), средний (Сv = 13–20%), высокий (Сv = 21–40%), очень высокий (Сv > 40%).

Результаты исследований и их обсуждение. Результаты исследования эпидермальных структур показали, что у Hydrangea paniculata гипостоматный тип листа (устьица на верхней поверхности листа отсутствуют), характерный для большинства мезофитных растений, и аномоцитный тип устьичного аппарата (устьица окружены 3–8 клетками, не отличающимися от основных клеток эпидермы размерами и формой) (рис.1).

На абаксиальной стороне листа основные клетки эпидермы многоугольной или неправильной формы, с прямолинейными или прямолинейно-округлыми очертаниями. Антиклинальные стенки прямые, дуговидные или вогнутые, углы в смежных границах тупые, острые или прямые (рис. 1, а, в). Размер эпидермальных клеток в среднем 46,26 (20,35–92,66) мкм длиной и 28,34 (12,99–54,68) мкм шириной (табл. 1). Количество клеток на 1мм² в среднем 973 (685–1384) шт. Волоски одноклеточные конусовидные двух типов: конусообразные тупоконечные и хоботообразные с острым концом и шипиками по всей его длине (рис. 1, а). Волоски окружены многоугольными эпидермальми клетками, расходящимися в радиальных направлениях.

На адаксиальной стороне листа основные клетки эпидермы двух типов: неправильной (амебоидной) формы с извилистыми очертаниями и волнистыми антиклинальными стенками, образующими лопасти, углы в смежных границах тупые, прямые или острые и многоугольной или неправильной формы, с прямолинейными или прямолинейно-округлыми очертаниями (рис. 1, б, г). Размеры клеток в среднем 33,42 (4,69–94,27) мкм длиной, и 20,12 (3,23–63,93) мкм шириной (табл. 1). Количество клеток на 1 мм² в среднем 1487 (1119– 1916) шт. Устьица – вытянуто-округлой формы, окружены 3-8 клетками, по форме и размерам не отличающимися от основных клеток нижней эпидермы, одиночные, расположены хаотично. Определенной ориентации околоустьичных клеток не выявлено. Размеры устьиц в среднем 26,74 (17,37–46,1) мкм длиной, и 14,15 (8,13–24,52) мкм шириной. Количество устьиц на 1мм² в среднем 139 (81–197) шт. Устьичный индекс – 8,61 % (6,22–11,57%). Волоски одноклеточные конусовидные хоботообразные с острым концом и шипиками по всей его длине (рис. 1, б). Волоски окружены многоугольными эпидермальными клетками, расходящимися в радиальных направлениях.

а – адаксиальная поверхность листовой пластинки

б – абаксиальная поверхность листовой пластинки

г – форма клеток нижнего эпидермиса и устьичный аппарат

в – форма клеток верхнего эпидермиса

Рис.1. Строение эпидермы листа

Количественные и морфометрические признаки строения эпидермы листа

Таблица 1

Показатель	Размер клеток, мкм						Количество на1мм², шт.			Ui, %
	Lve	Wve	Lne	Wne	Lu	Wu	Nve	Nne	Nu
M±m	46,26	28,34	33,42	20,12	26,74	14,15	972,58	1487,12	138,84	8,61
Стандартная ошибка	0,26	0,15	0,35	0,23	0,13	0,08	23,51	25,34	3,85	0,25
min	20,35	12,99	4,69	3,23	17,37	8,13	685	1119	81	5,46
max	92,66	54,68	94,27	63,93	46,1	24,52	1384	1916	197	12,62
Cv, %	22	21	41	43	15	18	17	12	19	20

Примечание. Обозначения признаков: количество клеток верхней (Nve) и нижней (Nne) эпидермы и устьиц (Nu), длина (Lve) и ширина (Wve) клеток верхней эпидермы, длина (Lne) и ширина (Wne) клеток нижней эпидермы, длина (Lu) и ширина устьиц (Wu), устьичный индекс (Ui). Коэффициент вариации Сv.

Исследование эпидермы листа показало, что уровень изменчивости количественных признаков (количество клеток верхнего, нижнего эпидермиса и устьиц на 1мм²) ниже, чем у морфометрических (длина и ширина основных клеток верхнего и нижнего эпидермиса; размеры устьиц). Уровень изменчивости количественных признаков в пределах листа – низкий и имеет амплитуду 2–14 %, для особи в целом уровень изменчивости средний с амплитудой 12–20 %.

Амплитуда изменчивости морфометрических признаков в пределах особи укладывается в изменчивость признаков в пределах листа, однако уровень изменчивости морфометрических признаков различен.

Средний уровень изменчивости характерен для длины и ширины устьиц, высокий – для длины и ширины основных клеток верхней эпидермы. Очень высокий уровень изменчивости длины и ширины основных клеток нижней эпидермы обусловлен наличием 2 типов клеток, отличающихся по форме и размерам.

Стоит отметить, что показатели количества устьиц и клеток верхней и нижней эпидермы, устьичный индекс, часто используемые в таксономии, у Hydrangea paniculata характеризуются широкой амплитудой изменчивости (рис. 2). Так, например, крайние пределы изменчивости устьичного индекса (6–12%), количества устьиц (81–197), клеток верхней (685–1384) и нижней эпидермы (1119–1916) Hydrangea paniculata перекрывают средние значения этих признаков (13%, >100, >400 и ~ 750 соответственно) для Hydrangea macro-phylla [Паутов, 2011]. Поэтому такие показатели, как устьичный индекс, количество устьиц, клеток верхней и нижней эпидермы не имеют таксономической значимости, но могут рассматриваться как показатели, отражающие адаптационный потенциал вида.

Клетки верхней эпидермы

Клетки нижней эпидермы

Illlllllll

oo

г г

га

О

О

Illlllllll

oo

Лист

Среднее    Стандартная ошибка

Лист

Среднее    Стандартная ошибка

S s го

5 о

о

Устьица

Среднее

Лист

Стандартная ошибка

Устьичный индекс

Illlllllll

^^^lm^■lл^o^xclO

Лист

Среднее    Стандартная ошибка

Рис. 2. Эндогенная изменчивость количественных признаков эпидермы листа Hydrangea paniculata

Результаты парных корреляций показали, что изменение размеров устьиц, клеток верхней и нижней эпидермы; размеров устьиц и размеров клеток нижней эпидермы; количества устьиц и количества клеток верхней эпидермы; ширины устьиц и количества клеток верхней эпидермы; ширины клеток верхней эпидермы и количества клеток нижней эпидермы; длины листа и размеров клеток нижней эпидермы; длины листа и длины клеток верхней эпидермы носит согласованный характер (рис.3). Обратная зависимость установлена между размерами клеток верхней эпидермы и их количеством; размерами клеток верхней эпидермы и количеством устьиц; длиной клеток нижней эпидермы и их количеством; длиной устьиц и их количеством; длиной листа и количеством клеток верхней эпидермы и устьиц; размерами листа и количеством клеток нижней эпидермы; устьичным индексом и шириной устьиц (рис.3). Достоверную силу связи перечисленных выше признаков можно разбить на три группы. К числу признаков с уровнем связи > 0,8 относятся размеры клеток верхней и нижней эпидермы и количество клеток верхней эпидермы (табл.2). Уровнем связи 0,5–0,8 и 0,43– 0,5 характеризуется большая часть морфометрических и количественных показателей (табл.2).

Анализ парных корреляций показал, что эпидермальная структура листа представляет собой сложную систему, где все количественные и морфометрические показатели взаимосвязаны. Изменение одного из вышеуказанных показателей влечет полную перестройку всей эпидермальной структуры листа. При увели- чении длины листовой пластинки уменьшается количество устьиц, клеток верхней и нижней эпидермы, но увеличивается их размер. Такой высокий полиморфизм количественных и морфометрических признаков листа в пределах одного растения отражает высокий адаптационный потенциал и широкую экологическую пластичность Hydrangea paniculata.

Обозначения признаков: количество клеток верхней (Nve) и нижней (Nne) эпидермы и устьиц (Nu), длина (Lli) и ширина (Wli) листа, длина (Lve) и ширина (Wve) основных клеток верхней эпидермы, длина (Lne) и ширина (Wne) основных клеток нижней эпидермы, длина (Lu) и ширина устьиц (Wu), устьичный индекс (Ui). Одинарными линиями обозначены положительные связи, двойными – отрицательные. Уровни связи (r): а > 0,8; б = 0,5 - 0,8; в = 0,43 - 0,5

Рис. 3. Корреляция признаков строения эпидермы листа

Парные корреляции признаков строения эпидермы листа

Таблица 2

Признак	Nve	Nne	Nu	Lve	Wve	Lne	Wne	Lu	Wu	Lli	Wli	Ui
Nve	1
Nne	-0.059	1
Nu	0.544	-0.021	1
Lve	-0.897	0.021	-0.721	1
Wve	-0.853	0.508	-0.589	0.879	1
Lne	0.155	-0.519	-0.336	-0.168	-0.229	1
Wne	0.191	-0.313	-0.41	-0.087	-0.188	0.88	1
Lu	0.384	-0.151	-0.48	-0.116	-0.199	0.491	0.508	1
Wu	0.522	-0.196	-0.179	-0.268	-0.422	0.428	0.534	0.789	1
Lli	-0.56	-0.45	-0.56	0.46	0.37	0.62	0.46	0.13	-0.08	1
Wli	-0.14	-0.58	0.25	-0.09	-0.31	-0.19	-0.31	-0.37	-0.06	-0.08	1
Ui	0.2	0.32	0.28	-0.26	-0.06	-0.04	-0.15	-0.3	-0.56	-0.17	-0.41	1

Примечание. Обозначения признаков: количество клеток верхней (Nve) и нижней (Nne) эпидермы и устьиц (Nu), длина (Lli) и ширина (Wli) листа, длина (Lve) и ширина (Wve) основных клеток верхней эпидермы, длина (Lne) и ширина (Wne) основных клеток нижней эпидермы, длина (Lu) и ширина устьиц (Wu), устьичный индекс (Ui).

Выводы. Исследование эпидермы листа показало, что для Hydrangea paniculata характерен гипосто-матный тип листа и аномоцитный тип устьичного аппарата. Таксономическое значение имеют качественные признаки, отражающие форму клеток, тип устьичного аппарата и тип волосков. Уровень и амплитуда изменчивости количественных и морфометрических признаков, их парные корреляции показали, что такие признаки не имеют таксономической значимости. Уровень полиморфизма количественных и морфометрических признаков эпидермы листа, а также зависимость размеров клеток и устьиц от их количества и размера листа отражают высокий адаптационный потенциал и широкую экологическую пластичность Hydrangea paniculata .