Эпидермальные характери-стики листа некоторых видов рода Valeriana

Род Valeriana L. (сем. Valerianaceae Batsch) насчитывает по последним данным 289 видов [ Valeriana officinalis L., 2010]. Многие виды рода Valeriana являются источниками валепотриатов и эфирных масел и широко используются в качестве дополнительного источника сырья седативного действия, обладают седативным действием [Фурса, Горбунов, 1979; Ломагина, Данчул, 1990; Горбунов, 2002]. Виды подсекции Valeriana близки морфологически и одновременно обладают высокой изменчивостью морфологических признаков вегетативных и репродуктивных органов, что затрудняет их таксономическую идентификацию. В связи с этим появляется необходимость поиска дополнительных признаков для дифференциации близкородственных видов по морфологическим признакам вегетативных и репродуктивных органов [Халиуллин, Ишмуратова, Ишбирдин, 2021; Ишмуратова и др., 2024].

Цель – изучить особенности эпидермальных признаков листа близкородственных видов Valeriana alternifolia Ledeb. и V. officinalis L., Valeriana wolgensis Kazak, Valeriana tuberosа L., Valeriana dubia Bunge.

Материалы исследования

Материалом для изучения стоматографических признаков являлись листья V. alternifolia, V. officinalis, V. wolgensis , V. tuberosа , V. dubia, которые были собраны с растений в районах Центральной Якутии (Республика Саха (РЯ)), по побережью р. Амги (левый берег), Таттинский улуус в 2007 г. ( V. alternifolia ); в Республике Башкортостан: Архангельский р-н, болото, пойма р. Аскын в 2018, 2021 гг. ( V. officinalis ), Баймакский р-н, д. Старый Сибай в 2006 г. ( V. dubia), Белорецкий р-н, Южно-Уральский государственный природный заповедник (ЮУГПЗ) в 2006–2010 гг. (V. wolgensis ), Баймакский р-н, д. Старый Сибай, в 2007 г. ( V. tuberosa) .

Эпидермальные признаки листа изучали при помощи микроскопа «Микромед-2» при увеличении 10 x 40 и окулярного микрометра. Измерения проведены в 30-кратной повторности с подсчетом средней величины.

Изучены тип листа по наличию устьиц на адаксиальной и абаксиальной сторонах листа; на адаксиальной и абаксиальной сторонах листа – типы устьичных комплексов; число эпидермальных клеток и устьиц в поле зрения микроскопа с перечетом на 1 мм2; длина, ширина (мкм), индекс (отношение длины к ширине эпидермальных клеток); форма эпидермальных клеток, длина и ширина (мкм), индекс (отношение длины к ширине) устьиц. При описании формы и характера очертания клеток эпидермы пластинки листа использовали методику и терминологию С.Ф. Захаревича [1954], типы устьичного комплекса определяли в соответствии с классификацией М.А. Барановой [1985]. Устьичный индекс определяли по формуле

Уи = унэ/кнэ + унэ, где кнэ – число эпидермальных клеток нижней эпидермы на 1 мм2, унэ – число устьиц нижней эпидермы на 1 мм2 [Захаревич, 1954].

Для анализа использовали листья средней формации, препараты изготавливали из средней части листовой пластинки между главной жилкой и краем листа.

С помощью коэффициента вариации оценивали изменчивости стоматографических признаков. Расчет статистических характеристик проводили в программе Microsoft Excel. Уровни варьирования приняты по Г.Н. Зайцеву: C V > 20% – высокий, C V = 11–20% – средний, C V < 10% – низкий [Зайцев, 1991].

Результаты и обсуждение

Лист Valeriana officinalis гипостоматный (устьица расположены только на нижней стороне листа), покрыт однослойной эпидермой. Стоматографические характеристики V. officinalis представлены на рис. 1, 2 и в табл. 1, 2. На адаксиальной стороне листа V. officinalis эпидермальные клетки имеют редкоизвилистую, иногда округлую форму, устьица отсутствуют (рис. 1).

Рис. 1. Эпидерма адаксиальной стороны листа Valeriana officinalis L.: а – эпидермальная клетка

[Adaxial leaf epidermis of Valeriana officinalis L.: a - epidermal cell]

Число эпидермальных клеток на адаксиальной стороне листа V. officinalis в пересчете на 1 мм² составляет 428 шт., на абаксиальной стороне листа в 2.5 раза больше – 1083 шт.

Эпидермальные клетки абаксиальной стороны листа V. officinalis относительно вытянутые, частоизвилистые, многоугольные (рис. 2), в 1.5–1.8 раз мельче, чем на адаксиальной стороне. Устьица на абаксиальной стороне листа V. officinalis распложены одиночно (рис. 2), поверхностно, имеют вытянутоокруглую форму. Размеры замыкающих клеток устьиц: длина – 26.5±1.9 мкм, ширина – 17.1±0.1 мкм. Число устьиц на 1 мм² – 214 шт. Устьичный индекс – 0.1.

По данным Ю.Н. Горбунова [2002], длина замыкающих клеток устьиц V. officinalis составляет 29.16±0.52 мкм (на территории бывшего СССР), в нашей работе длина замыкающих клеток устьиц V. officinalis равна 41.1±0.06 мкм.

Лист V. alternifolia гипостоматный (устьица расположены только на нижней стороне листа), покрыт однослойной эпидермой. Стоматографические характеристики V. alternifolia представлены на рис. 3, 4 и в табл. 1, 2. На адаксиальной стороне листа V. alternifolia эпидермальные клетки относительно крупнее (рис. 3), чем на абаксиальной стороне (рис. 4). Эпидермальные клетки адаксиальной стороны листа V. alternifolia имеют крупно-извилистую, вытянутую форму, а на абаксиальной стороне листа они имеют глубоко–извилистую вытянутую форму, в 1.1–1.2 раза мельче, чем на адаксиальной стороне. Число эпидермальных клеток на 1 мм² на адаксиальной стороне листа составляет 151 шт., на абаксиальной – в 1.8 раза больше – 283 шт. Устьица расположены лишь на абаксиальной стороне листа V. alternifolia (рис. 4).

Устьица одиночные, поверхностные, имеют вытянуто-округлую форму. Размеры замыкающих клеток устьиц V. alternifolia : длина – 41.1±0.06 мкм, ширина – 22.5±0.1 мкм. Число устьиц на 1 мм² 75 шт. Устьичный индекс – 0.2.

Рис. 2. Эпидерма абаксиальной стороны листа Valeriana officinalis L.: а – устьице, б – эпидермальная клетка

а

б

[ Abaxial leaf epidermis of Valeriana officinalis L.: a - stomata; b - epidermal cell]

Рис. 3. Эпидерма адаксиальной стороны листа Valeriana alternifolia Ledeb.: а – эпидермальная клетка

[ Adaxial leaf epidermis of Valeriana alternifolia Ledeb.:

a - epidermal cell]

По данным Ю.Н. Горбунова [2002], длина замыкающих клеток устьиц V. alternifolia из Приморского края составляет 35.21±0,78 мкм, из Читинской области и Якутии – 32.12±0.61 мкм, что несколько мельче, чем у растений V. alternifolia , собранных нами в районах Центральной Якутии.

б

Рис. 4. Эпидерма абаксиальной стороны листа Valeriana alternifolia Ledeb.: а – устьицe; б – эпидермальная клетка

[ Abaxial leaf epidermis of Valeriana alternifolia Ledeb.: a - stomata; b - epidermal cell]

Лист V. wolgensis амфистоматный (устьица расположены на верхней и нижней сторонеах листа), покрыт однослойной эпидермой. Стоматографические характеристики V. wolgensis представлены на рис. 5,

Рис. 5. Эпидерма адаксиальной стороны листа Valeriana wolgensis Kazak. : а – устьицe; б – эпидермальная клетка

[ Adaxial leaf epidermis of Valeriana wolgensis Kazak.:

a - stomata; b - epidermal cell]

На адаксиальной стороне листа V. wolgensis эпидермальные клетки относительно крупнeе (рис. 5), чем на абаксиальной стороне (рис. 6). Эпидермальные клетки адаксиальной и абаксиальной сторон листа V. wolgensis имеют глубоко–извилистую, вытянутую форму. Число эпидермальных клеток на 1 мм² на адаксиальной стороне листа составляет 195 шт., на абаксиальной стороне в 2.0 раза больше – 409 шт. Размеры замыкающих клеток устьиц V. wolgensis адаксиальной стороны: длина – 41.3±0.1 мкм, ширина –

23.5±0.2 мкм, абаксиальной стороны: длина – 24.6±0.2 мкм, ширина – 16.1±0.1 мкм. Число устьиц в пересчете на 1 мм2 – 13 шт. на адаксиальной стороне листа и 63 шт. – на абаксиальной стороне листа. Усть-

Рис. 6. Эпидерма абаксиальной стороны листа Valeriana wolgensis Kazak. : а – устьицe; б – эпидермальная клетка

[ Abaxial leaf epidermis of Valeriana wolgensis Kazak.: a - stomata; b - epidermal cell]

Лист V. tuberosа амфистоматный, покрыт однослойной эпидермой. Стоматографические характеристики V. tuberosа представлены на рис. 7, 8 и в табл. 1, 2. Эпидермальные клетки адаксиальной стороны листа V. tuberosа имеют часто-извилистую, вытянутую форму. На абаксиальной стороне форма эпидермальных клеток крупно-извилистая, распластанная. Углы между соседними клетками закругленные, тупые (рис. 8). Число эпидермальных клеток на 1 мм² на адаксиальной стороне листа составляет 397 шт., на абаксиальной стороне – 447 шт. Размеры замыкающих клеток устьиц V. tuberosа : на адаксиальной стороне листа: длина – 35.6±0.6 мкм, ширина – 20.2±0.3 мкм; на абаксиальной: длина – 33.5±0.7 мкм, ширина – 19.8±0.4 мкм. Число устьиц в перечете на 1 мм² 88 шт. – на адаксиальной стороне, 145 шт. – на абаксиальной. Устьичный индекс – 0.2.

Рис. 7. Эпидерма адаксиальной стороны листа Valeriana tuberosа L.: а – устьицe; б – эпидермальная клетка

[ Adaxial leaf epidermis of Valeriana tuberosа L.: a - stomata; b - epidermal cell]

а

б

Рис. 8. Эпидерма абаксиальной стороны листа Valeriana tuberosа L.: а – устьицe; б – эпидермальная клетка

[ Abaxial leaf epidermis of Valeriana tuberosа L.: a - stomata; b - epidermal cell]

Лист V. dubia амфистоматный, покрыт однослойной эпидермой. Стоматографические характеристики V. dubia представлены на рис. 9, 10 и в табл. 1, 2. На адаксиальной стороне листа V. dubia эпидермальные клетки относительно редко-извилистыми очертаниями стенок (рис. 9), чем на абаксиальной стороне (рис. 10). На абаксиальной стороне листа эпидермальные клетки имеют глубоко–извилистую, вытянутую форму. Число эпидермальных клеток на 1 мм² 435 шт. – адаксиальной стороне листа, 529 шт. – абаксиальной стороне листа (рис. 10). Размеры замыкающих клеток устьиц V. dubia : на адаксиальной стороне листа: длина – 36.8±0.8мкм, ширина – 21.5±0.4 мкм, на абаксиальной: длина – 33.9±0.6 мкм, ширина – 21.5±0.2 мкм. Число устьиц в перечете на 1 мм² составляет на адаксиальной стороне 19 шт., на абаксиальной – 113 шт. Устьичный индекс – 0.2.

а

б

Рис. 9. Эпидерма адаксиальной стороны листа Valeriana dubia Bunge: а – устьицe; б – эпидермальная клетка

[ Adaxial leaf epidermis of Valeriana dubia Bunge: a - stomata; b - epidermal cell]

Рис. 10. Эпидерма абаксиальной стороны листа Valeriana dubia Bunge: а – устьицe; б – эпидермальная клетка [ Abaxial leaf epidermis of Valeriana dubia Bunge: a - stomata; b - epidermal cell]

Тип листа у V. alternifolia и V. officinalis одинаковый – гипостоматный, т. е. устьица расположены только на абаксиальной стороне листа, что является показателем адаптации растения к влажным условиям обитания. Valeriana alternifolia встречается в местообитаниях с различным режимом увлажнения – от пойменных до остепненных лугов и опушек и обладает широким эколого-ценотическим ареалом [Семенова, Егорова, 2013; Ишмуратова и др., 2017]. Valeriana officinalis обитает на заболоченных, пойменных, влажных и низинных лугах, среди кустарников на опушках [Ишмуратова и др., 2024]. У V. tuberosa, V. dubia, V. wolgensis амфистоматный тип листа, характеризуются анамоцитным и гемипарацитным устьичными комплексами. Valeriana tuberosa и V. dubia обитают в степных экотопах [Горбунов, 2005; Ишмуратова и др., 2024].

Выявлено, что устьичный комплекс у V. alternifolia и V. officinalis одинаковый – аномоцитного типа, т. е. замыкающие клетки устьиц окружены 3–7 соседними клетками, не отличающимися по форме от остальных клеток эпидермы. Крайне редко, единично у видов встречается парацитный тип устьичного комплекса, т.е. каждая из замыкающих клеток устьиц сопровождается одной или более побочными клетками, расположенными параллельно замыкающим клеткам.

Число устьиц на адаксиальной стороне листа с расчетом на 1 мм² у V. tuberosa в 5–7 раз больше, чем у V. wolgensis и V. dubia. На абаксиальной стороне листа максимальное число устьиц у V. officinalis и минимальное – у V. wolgensis . Размеры замыкающих клеток устьиц на адаксиальной стороне листа у V. wolgensis больше в разы, чем у V. dubia, V. tuberosa . На абаксиальной стороне V. alternifolia в 1.2–1.5 больше, чем у V. officinalis , V. tuberosa, V. dubia и V. wolgensis . Индексы замыкающих клеток устьиц и устьичные индексы исследованных видов близки (табл. 1).

Число эпидермальных клеток у всех исследованных видов на абаксиальной стороне листа больше, чем на адаксиальной в 1.1–2.5 раз, а их размеры (длина и ширина) на адаксиальной стороне листа больше, чем на абаксиальной (табл. 2).

Известно, что V. alternifolia представлена двумя цитотипами (2n=28, 2n=56): растения из Читинской области и Якутии имеют тетраплоидный набор – 2n=28, а из Приморского края – октоплоидный – 2n=56 [Горбунов, 2002]. Полагаем, что относительно крупные размеры эпидермальных клеток V. alternifolia (табл. 2) в наших исследованиях связаны с высокой плоидностью.

Общим проявлением у V. alternifolia и V. officinalis является различие формы эпидермальных клеток и их очертаний на адаксиальной и абаксиальной сторонах листа. На адаксиальной стороне листа эпидермальные клетки имеют редко-извилистую, иногда округлую форму ( V. officinalis ) или крупноизвилистую, вытянутую форму ( V. alternifolia ). На абаксиальной стороне листа эпидермальные клетки у V. alternifolia и V. officinalis имеют часто-извилистую, многоугольную форму.

Таблица 1

Характеристика устьичного комплекса видов рода Valeriana L. (М±m / CV, %)

[Characteristics of the stomatal complex of the genus Valeriana L. (M±m / CV, %)]

Вид	Число устьиц, шт./1 мм²		Размеры замыкающих клеток устьиц, мкм					Устьичный индекс
			длина		ширина		Индекс
	ад./ ad.	аб./ ab.	ад./ ad.	аб./ ab.	ад./ ad.	аб./ ab.
V. alterniflia	-	75.0±0.2 8.0	-	41.1±0.06 0.7	-	22.5±0.1 3.1	0.5	0.2
V. officinalis	-	214.0±1.7 22.5	-	26.5±1.9 7.1	-	17.1±0.1 5.0	0.6	0.1
V. wolgensis	13.0±0.1 29.4	63.0±0.1 8.7	41.3±0.1 1.1	24.6±0.2 5.1	23.5±0.2 3.5	16.1±0.1 1.9	0.6	0.1
V. tuberosа	88.0±0.4 14.9	145.0±0.3 6.5	35.6±0.6 7.7	33.5±0.7 10.3	20.2±0.3 8.3	19.8±0.4 9.7	0.6	0.2
V. dubia	19.0±0.4 55.1	113.0±0.6 16.9	36.8±0.8 9.9	33.9±0.6 8.0	21.5±0.4 8.8	21.5±0.2 4.5	0.6	0.1

Примечание: сторона листа: ад . – адаксиальная сторона, аб . – абаксиальная сторона.

В целом, коэффициент вариации стоматографических признаков исследованных признаков у видов рода Valeriana различен. Низкая вариабельность (Сv) (до 10%) для V. alternifolia, V. officinalis , V. wolgensis у таких признаков, как длина эпидермальных клеток адаксиальной и абаксиальной сторон листа, у V. dubia – длина эпидермальных клеток адаксиальной стороны. Также низкий уровень изменчивости характерен для признаков: ширина эпидермальных клеток у V. officinalis (адаксальная сторона) , V. wolgensis (адаксиальная и абаксиальная сторона) , V. tuberosа (адаксиальная и абаксиальная стороны) , V. dubia (абаксиальная сторона) , V. alternifolia (адаксиальная и абаксиальная стороны), а также число устьиц на абаксиальной стороне – у V. wolgensis, V. tuberosa, V. alternifolia.

Таблица 2

Характеристика эпидермальных клеток видов рода Valeriana L. (М±m / CV, %)

[Characteristics of epidermal cells of the genus Valeriana L. (M±m / CV, %)]

Вид	Число эпидермальных клеток шт./мм2		Размеры эпидермальных клеток, мкм
			длина		ширина		индекс
	ад./ ad.	аб./ ab.	ад./ ad.	аб./ ab.	ад./ ad.	аб./ ab.
V. alterniflia	151.2±0.6 3.9	283.0±0.6 6.2	103.0±1,0 4.4	82.4±0.3 1.7	33.6±0.6 8.5	27.1±0.1 3.2	0.3
V. officinalis	428.0±0.3 2.5	1083.0±0.8 2.1	79.9±0,1 0,9	52.6±0.4 3.8	35.3±0.2 2.6	19.0±0.4 10.2	0.4
V. wolgensis	195.0±0.2 3.3	409.0±0.1 3.4	100.1±0.7 3.4	71.0±0.3 2.1	35.9±0.4 5.1	21.4±0.2 5.8	0.3
V. tuberosа	397.0±0.8 5.7	447±0.4 3.0	79.5±0.7 4.2	81.1±0.5 3.1	44.7±0.9 9.3	40.3±0.4 5.4	0.5
V. dubia	435.0±3.1 20.3	529.0±0.7 4.0	71.2±1.0 6.7	86.4±2.3 11.9	35.4±2.1 26.8	22.4±0.3 6.9	0.2

Примечание: сторона листа: ад. – адаксиальная сторона, аб. – абаксиальная сторона.

Средняя вариабельность признаков (10 ≤ Сv ≤ 20%) выявлена у V. dubia для следующих признаков: длина эпидермальных клеток абаксиальной стороны листа, число устьиц на абаксиальной стороне листа; у V. officinalis – для признаков ширина эпидермальных клеток абаксиальной стороны листа; у V. tuberosa – число устьиц на адаксиальной стороне листа, длина устьиц на абаксиальной стороне листа. Изменчивость оставшихся исследованных признаков высокая (20%).

Максимальный коэффициент вариации демонстрируют признаки число устьиц у V. officinalis на адаксиальной стороне листа, у V. wolgensis – на абаксиальной стороне листа, у V. dubia – на адаксиальной стороне листа.

Заключение

Близкородственные виды подсекции Valeriana характеризуются разным типом листа: у V. alternifolia и V. officinalis гипостоматный тип, у V. wolgensis и V. dubia – амфистоматный. У V. tuberosa (секция Tuberosae ) также амфистоматный тип листа. Тип устьичных комплексов у исследованных видов аномо-цитный, крайне редко – парацитный.

Отличительными качественными и количественными признаками эпидермы листа изученных видов являются число, размеры (длина и ширина) и индекс эпидермальных клеток, число устьиц, размеры

(длина, ширина и индекс) замыкающих клеток устьиц, а также форма и характер очертаний эпидермальных клеток. Valeriana dubia характеризуется наличием большего числа эпидермальных клеток на адаксиальной стороне и меньшим – у V. alternifolia . На абаксиальной стороне их больше у V. officinalis , меньшее – у V. alternifolia . На адаксиальной стороне самые крупные эпидермальные клетки у V. alternifolia, самые мелкие – у V. dubia . На абаксиальной стороне листа самые крупные клетки у V. dubia, самые мелкие – у V. officinalis .

На адаксиальной стороне листа у V. wolgensis расположены самые крупные устьица, самые мелкие – у V. tuberosa . На абаксиальной стороне максимальные размеры устьиц у V. alternifolia, минимальные – у V. wolgensis . На адаксиальной стороне листа максимальное число устьиц расположено у V. tuberosa и минимальное число у V. wolgensis. На абаксиальной стороне листа максимальное число устьиц у V. officinalis, минимальное – у V. wolgensis .

Перечисленные качественные и количественные стоматографические признаки могут являться дополнительными таксономическими признаками для дифференциации близкородственных видов рода Valeriana .