Эпидермальные структуры листьев некоторых сортов Mentha х piperita L. в связи с их продуктивностью

Растения рода мята (Мentha L.) как и вообще представители семейства Яснотковые (Lamiaceae L.) характеризуются значительной внутривидовой полиморфностью, обусловленной как генетическими факторами, так и условиями произрастания [1–10]. В полной мере это явление характерно для обширного межвидового гибрида мяты перечной (Mentha х piperita L.), который выращивают в культуре в раз- личных климатических зонах с целью получения сырья для пищевой и медицинской промышленности, а также эфирного масла. Вместе с тем, выращиваемые в культуре сорта и популяции существенно отличаются по хозяйственно значимым признакам, таким как устойчивость к болезням, зимостойкость, урожайность, содержание и состав эфирного масла. Выявление новых высокопродуктивных сортов и популяций Мentha х piperita L., отличающихся высоким содержанием эфирного масла в условиях Нечернозёмной зоны Российской Федерации, а также выявление морфологических признаков, характерных для высокопродуктивных сортов, остается актуальным [9, 11]. Нами найдено достаточно много публикаций, в которых сравнивается анатомическое строение эпидермальных структур у различных видов или изучено анатомическое строение одного-двух сортов мяты перечной [3-7, 11,12].

К сожалению, в настоящее время относительно мало публикаций по сравнительному изучению межсортовых различий морфолого-анатомических особенностей внутри вида мята перечная и практически нет работ, выявляющих корреляционные связи между анатомическими особенностями и продуктивностью растений [9, 11].

Цель работы – сравнительное изучение эпидермальных структур листьев некоторых сортов Mentha х piperita L., и их взаимосвязь с накоплением эфирного масла в сырье. Полученные данные могут найти применение в последующей селекционной работе.

Материалы и методы исследования

В нашей работе проведено сравнительное изучение эпидермальных структур растений из коллекций Ботанического сада имени С.И. Ростовцева РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева и Всероссийского института лекарственных и ароматических растений (ВИЛАР). Материалом исследования являлись листья растений, выращенных из корневищ 2-го года жизни следующих сортов и образцов Mentha х piperita L.: сорт

Митчамская ( Mentha х piperita L., сорт «Mitcham»); сорт Апельсиновая ( Mentha х piperita var. citrata «Orange»); сорт Кубанская ( M. х p. «Kubanskaya»); сорт Серебристая ( M. х p. «Serebristaya»); сорт Седая (M. х p. «Sedaya»); сорт Тик-так ( M. х p. “Tik-Tak”); образец Mentha х piperita L. №1; образец Mentha х piperita L. №2.

Сырьё для определения содержания эфирного масла собирали в фазу бутонизации растений, который наступал у разных сортов в разные сроки (июль-август).

В связи с тем, что наибольшая плотность железистых структур отмечалась на нижней стороне листьев, исследования проводили на временных препаратах нижней эпидермы листьев средней формации, достигших максимального размера, но без признаков старения. У всех сортов этот период совпадал с началом бутонизации. При микроскопии использовали световые микроскопы Primo Star Carl Zeiss и ЛОМО МИКМЕД-1; увеличение 70х, 280х, 400х.

Плотность железистых волосков и их размер определяли при помощи окуляр-микрометра 9х Ernst Zeiss Wetzlar и объ-ект-микрометра ОМ-П с длиной основной шкалы – 1 мм. Подсчёты проводили в 10-кратной повторности на участках между жилками. Площадь листьев определяли на миллиметровой бумаге в 20 кратной повторности. При расчетах применяли методы математической статистики и программу Microsoft Exel. Количественное определение эфирного масла осуществляли по методу Гинзбурга в сухом сырье путём его перегонки с водяным паром с последующим измерением объема полученного масла в 4-х кратной повторности в 2015 и 2016 годах и брали среднее за 2 года. Содержание масла выражали в обё-мно-весовых процентах в пересчете на сухое сырье [14].

Результаты и обсуждение.

Листья эфирномасличных растений семейства Яснотковые ( Lamiaceae ) являются основными вегетативными органами, продуцирующими эфирное масло, поэтому площадь листьев и соответственно их масса и доля в урожае будут важными показателями, свидетельствующими о качестве сырья и перспективности сорта как лекарственного и эфирномасличного растения [1, 7, 8, 9, 11]. Эти показатели связаны между собой. Максимальная площадь листьев выявлена у сорта Митчамская и Апельсиновая и составила 14,30 ± 1,3 и 13,25 ± 1,4 см², соответственно.

При микроскопическом исследовании эпидермы листьев на морфологически верхней и нижней сторонах видны клетки

А

Б

Рисунок 1. Нижняя эпидерма листа Mentha х piperita var. citrata «Orange»: А – диацитный тип устьичного аппарата и головчатые волоски (показаны стрелками); Б – 4- клеточная простая бородавчатая трихома; 200х

Figure 1. The lower epidermis of Mentha х piperita var. citrata "Orange" leaf: A – diacytic type of the stomatal apparatus and capitate trichomes (shown by arrows); Б – 4-cell simple warty trichome; 200x

Таблица 1. Характеристика устьиц нижней эпидермы листа образцов Mentha х piperita L. Table 1. Characteristics of the stomata of the lower epidermis of Mentha х piperita L. leaf

№ образца	Наименование образца мяты	Площадь листа, см2	Плотность устьиц (шт./мм2)	Размер устьиц, мкм
				Длина	ширина
1.	Тик-так	11,25 ± 1,2	212,5 ± 9,5	32,8 ± 2,1	25,6 ± 3,5
2.	Апельсиновая	13,25 ± 1,4	325,6 ± 4,2	36,0 ± 4,2	23,2 ± 4,1
3.	Серебристая	10,75 ± 1,2	354,1 ± 5,1	27,6 ± 1,9	24,0 ± 2
4.	Кубанская	10,73 ± 1,2	184,7 ± 4,1	32,8 ± 3,4	23,6 ± 5,2
5.	Митчамская	14,30 ± 1,3	340,5 ± 3,5	33,6 ± 2,6	22,4 ± 1,3
6.	Образец № 1	5,18 ± 0,8	340,1 ± 5,2	30,2 ± 4	21,2 ± 4,3
7.	Седая	7,75 ± 0,9	184,9 ± 6,3	35,6 ± 2,3	28,4 ± 2,8
8.	Образец № 2	8,5 ± 0,9	142,3 ± 4,2	29,2 ± 1,1	21,6 ± 1,7

Таблица 2. Характеристика железистого аппарата образцов Mentha х piperita L.

Table 2. Characterization of the glandular apparatus of Mentha x piperita L. samples

№ образца	Название образцов мяты	Железистые волоски		Пельтатные железки		Содержание эфирного масла, %
		Плотность, шт./мм2	Длина, Мкм	Плотность шт./мм2	Диаметр, мкм
1.	Тик-так	28,3 ± 3,1	33,6 ± 3,5	42,3 ± 3,1	88,5 ± 3,7	0,62 ± 0,13
2.	Апельсиновая	39,5 ± 3,2	37,2 ± 2,4	16,5 ± 2,8	80,1 ± 2,4	1,91 ± 0,34
3.	Серебристая	40,5 ± 2,9	32,8 ± 3,1	14,5 ± 3,5	76 ± 5,2	0,2 ± 0,23
4.	Кубанская	70,8 ± 4,1	34,4 ± 2,8	26,1 ± 1,7	72,9 ± 3,1	1,77 ± 0,45
5.	Митчамская	28,7 ± 2,7	24,8 ± 3,5	28,7 ± 4,2	76,2 ± 4,3	0,52 ± 0,21
6.	Образец № 1	39,1 ± 1,8	30,2 ± 3,3	42,8 ± 1,8	68,2 ± 3,2	0,67 ± 0,23
7.	Седая	32,5 ± 3,7	25,6 ± 2,1	14,9 ± 3,2	68,4 ± 2,1	1,1 ± 0,12
8.	Образец № 2	24,3 ± 1,8	40,2 ± 3,1	14,5 ± 2,4	56,3 ± 0,19	0,78 ± 0,31

А

Б

Рисунок 2. Нижняя эпидерма листа Mentha хpiperita var. citrata «Orange»: А - жилки и многочисленные пельтатные желёзки; 70х; Б – пельтатная желёзка с 8-клеточкой головкой (показана стрелкой), 280х

Figure 2. The lower epidermis of Mentha piperita var. citrata "Orange" leaf:

A – conductive beams and numerous peltate glands; 70x; Б - peltate gland with an 8-cell head (shown by arrow), 280x

Апельсиновая

Кубанская 6

Митчамская

Образец №1

Образец №2

Седая

Серебристая

Тик-так

эпидермиса с сильно извилистыми стенками, устьица с двумя околоустьичными клетками, расположенными перпендикулярно продольной оси устьица, что подтверждает наличие диацитного типа устьичного аппарата (рис.1 А), что соответствует литературным данным.

На рисунке 1 А видны основные клетки эпидермы, замыкающие клетки устьиц и простые железистые волоски. На рисунке 1 Б представлена многоклеточная коническая простая трихома с бородавчатой кутикулой.

Результаты определения плотности расположения устьиц на нижней эпидерме листа, длина и ширина замыкающих клеток устьиц исследуемых образцов мяты ( Mentha L.) представлены в таблице 1.

Наименьшая плотность расположения устьиц была выявлена у растений образца №2 и составляла 142,3 ± 4,2 шт/мм2, а наибольшая – у сортов Серебристая и Митчамская – 354,1 ± 5,1 и 340,5 ± 3,5 см соответственно. По размеру устьица растений различных образцов отличались мало, и все значения находились в пределах 27,6-36,0 мкм. Вместе с тем некоторые авторы указывают, что размер устьиц – постоянная для сорта величина, не зависимо от условий года [15].

Среди эпидермальных структур листьев выделяются многоклеточные конусовидные простые трихомы с бородавчатой кутикулой, состоящие из 2-5 клеток (рис.2Б). В зависимости от образца плотность расположения простых трихом колебалась от 14,2 ± 2,3 2 (образец гибридного происхождения № 1) до 70,8 ± 4,4 шт./мм2 (сорт Серебристая).

Длина многоклеточных конических простых трихом сильно варьировала от 260,7 ± 5,2 (Образец №1) до 740,5 ± 16,8 мкм (сорт Серебристая). Наибольшая степень опушенности обнаружена у растений сорта Серебристая, что свидетельствует о высокой степени адаптации растений этого сорта к уменьшению испарения. Изредка встречаются одноклеточные простые волоски в виде сосочковидных выростов. Простые волоски расположены обычно вдоль крупных жилок и краю листа.

Главная роль в процессе образования эфирного масла в растениях мяты принадлежит эфиромасличным пельтатным желёзкам и железистым волоскам, состоящим из одноклеточной ножки и овальной одноклеточной головки, под кутикулой которой накапливается эфирное масло. Они расположены на обеих сторонах листа в пространствах среди жилок, причем их количество на нижней эпидерме в базальной и средней частях листовой пластинки выше (рис. 2Б-1).

Как следует из таблицы 2, плотность расположения эфиромасличных желёзок и их диаметр сильно варьировали у различных сортов. У сорта Серебристая плотность эфиромасличных желёзок составляла 14,5 ± 3,5 шт/мм2, тогда как у растений сорта Тик-так и образца гибридного происхождения №1 плотность желёзок была в 3 раза больше и составляла 42,3 ± 3,1 и 42,8 ± 1,8 шт./мм2 соответственно. Плотность железистых волосков колебалась от 24,3 ± 1,8 шт./мм2 (образец №2) до 70,8 ± 4,1 шт./мм2 (сорт Кубанская), а их длина варьировала от 24,8 ± 3,5 мкм (сорт Митчамская) до 40 ± 3,1 мкм (образец №2).

Самые крупные эфирномасличные желёзки были выявлены у растений сортов Тик-так и Апельсиновая; их диаметр составлял 88,5 ± 3,7 мкм и 80,1 ± 2,4 мкм соответственно. Минимальные размеры эфирномасличных желёзок выявлены у растений образца гибридного происхождения №2 – 56,3 ± 0,19 мкм.

Обнаружена средняя корреляция между длиной устьиц и содержанием эфирного масла (R=0,66). К сожалению, объяснения взаимосвязи между этими показателями в литературе нами не обнаружено. При этом какая-либо корреляционная зависимость между плотностью желёзок, их диаметром и эфирномасличностью сырья отсутствовала. Это явление также было отмечено и другими авторами [13].

Выводы

В результате сравнительного изучения морфологических особенностей эпидермальных структур листьев растений некоторых образцов (сортов) вида Mentha х piperita L.: установлено, что плотность расположения устьиц у растений изученных сортов мяты варьировала в пределах от 142,3 ± 4,2 шт/мм2 (образец №2) до 354,1 ± 5,1 и 340,5 ± 3,5 см у растений сортов Серебристая и Митчамская соответственно.

Обнаружена средняя корреляция между длиной устьиц и содержанием эфирного масла (R=0,66).

Степень опушенности, которая определяется числом трихом на единицу площади, у изученных образцов была различной, и плотность расположения многоклеточных конусовидных простых волосков с бородавчатой кутикулой колебалась от 14,2 ± 2,3 (образец гибридного происхождения №1) до 70,8 ± 4,4 шт./мм2 (сорт Серебристая). Длина волосов сильно варьировали от 260,7 ± 5,2 (образец №1) до 740,5 ± 16,8 мкм (сорт Серебристая). Наибольшая опушенность была выявлена у растений сорта Серебристая, что, по-видимому, объясняется лучшей их адаптацией к снижению испарения. Изредка встречаются одноклеточные волоски в виде сосочковидных выростов. Простые волоски расположены обычно вдоль крупных жилок и краю листа.

Выявлены образцы с наибольшей плотностью пельтатных желёзок: сорт Тик-так и образец гибридного происхождения №1: 42,3 ± 3,1 шт./мм2 и 42,8 ± 1,8 шт./мм2, соответственно. Наименьшая плотность желёзок наблюдалась у растений сорта Серебристая (14 шт./мм2).

Наиболее крупные эфирномасличные желёзки выявлены у растений сорта Тик-так (88,5 ± 3,7 мкм) и сорта Апельсиновая (80,1 ± 2,4). При этом какая-либо корреляционная зависимость между плотностью расположения эфиромасличных желёзок, их диаметром и эфирномасличностью сырья отсутствовала.

Было установлено, что плотность расположения пельтатных железок и железистых волосков, соотношение между желёзками и волосками и размер являются сортоспецифичными показателями и варьируют в широких пределах.

Об авторах:

Elena L. Malankina – Dосtor of Agricultural Sciences,

Professor, Department of Vegeculture

Lamara N. Kozlovskaya – Ph.D. in Biological Sciences, Associate Professor, Department of Botany, Breeding and Seed Breeding of Horticultural Crops Elena N. Tkatcheva – Ph.D student, the faculty of Horticulture and Landscape Architecture

• • Литература

  • 1.    Шелепова О.В., Воронкова Т.В., Смирнова И.М., Енина О.Л. Особенности железистого аппарата Mentha arvensis L. разного географического происхождения. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012;14,1(7):1844-1847.

  • 2.    Мягких, Е.Ф. Петришина Н.Н. Секреторные структуры некоторых видов эфиромасличных и лекарственных растений. Таврический вестник аграрной науки. 2017;2(10):29–38.

  • 3.    Jang-Sean Choi, Eun-Soo Kim Structural Features of Glandular and Non-glandu-lar Trichomes in Three Species of Mentha. Applied Microscopy. 2013;43(2):47-53.

  • 4.    Bhat S., Maheshwari Р., Kumar S, Kumar A. Mentha species: in vitrogeneration and genetic. Mol. Biol. Today. 2002;3(1):11-23.

  • 5.    Мс Сaskill D., Gershenzon J., Croteau R. Morphology and monoterpene biosynthetic capabilities of secretory cell clusters isolated from glandular trichomes of Peppermint ( Mentha piperita L.). Planta. 1992;187:445-454.

  • 6.    Mehery Askary, Seyed Mehdi Talebi, Fariba Amini, Ali Dosti Balout Bangan. Effect of stress on foliar trichomes plasticity in Mentha piperita . Nusantara Bioscience. 2016;8(1):32-38.

  • 7.    Маланкина Е.Л., Савченко О.М., Козловская Л.Н. Качество эфирного масла мяты длиннолистной. Картофель и овощи. 2018;5:29-31.

  • 8.    Калиниченко Л.В., Маланкина Е.Л., Козловская Л.Н. Сравнительная оценка продуктивности иссопа лекарственного ( Hyssopus officinalis L.) в зависимости от сорта и происхождения образца. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2013;(5):171-176.

  • 9.    Маланкина, Е.Л. Агробиологическое обоснование повышения продуктивности эфиромасличных растений из семейства Яснотковые ( Lamiaceae L.) в Нечернозёмной зоне Российской Федерации. Дис… доктора сельскохозяйственных наук: 06.01.13. Елена Львовна Маланкина. [Место защиты: Всерос. науч.-исслед. ин-т овощеводства] Москва, 2007. 343 с.

  • 10.    Богомолов С.А., Маланкина Е.Л., Козловская Л.Н. Сравнительное изучение некоторых биохимических и морфологических особенностей хемотипов Origanum vulgare L. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2018;2:77-85.

  • 11.    Шуваева, Т.П. Солоницкая В.Б., Бородкина А.П., Зеленцов С.В. Характеристика ментольных форм мяты и их возделывание на Вознесенской опытной станции ВНИИМК. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2009;2 (141).

  • 12.    Murrey M.J., Marbl P.M., Lincoln D.E. Inter-subgeneric Hybrids in the genus Mentha. J. |Hered. 1971;62(6):363-366.

  • 13.    Lohwasser, U., Schimmel J., Baumann K. et al. Untersuchung der Thzmian-Kollektion aus der Bundeszentralen Exsitu-Genbank Gatersleben-Vergleich mor-phologischer, phytochemischer und molekularer Merkmale. Julius-KühnßArchiv. 446. 7. Tagung Arznei- und Gewuerzpflanzenforschung, 14-17 September. Wien, Oesterreich. 2014. S.42-43.

  • 14.    Государственная Фармакопея Российской Федерации. XIV издание, том IV. 2018. ФС.2.5.0029.15. C.6284-6292.

  • 15.    Аль Карави Ханан Ахмед Хади. Особенности роста, развития и биохимического состава хозяйственно значимых представителей рода Thymus L. в условиях нечернознмной зоны Российской Федерации. Дис… кандидата биологических наук: 17.09.18. Аль Карави Ханан Ахмед Хади [Место защиты: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева] Москва, 2018. 158 с.

• • References

  • 1.    Shelepova O.V., Voronkova T.V., Smirnova I.M., Enina O.L. Features of the glandular apparatus Mentha arvensis L. of different geographical origin. Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2012;14,1(7):1844-1847. (In Russ.)

  • 2.    Myagkikh E.F. Petrishinа N.N. Secretory structures of some species of essential oil and medicinal plants. Tavrichesky Bulletin of Agrarian Science. 2017;2(10):29-38. (In Russ.)

  • 3.    Jang-Sean Choi, Eun-Soo Kim Structural Features of Glandular and Non-glandu-lar Trichomes in Three Species of Mentha. Applied Microscopy. 2013;43(2):47-53.

  • 4.    Bhat S., Maheshwari Р., Kumar S, Kumar A. Mentha species: in vitrogeneration and genetic. Mol. Biol. Today. 2002;3(1):11-23.

  • 5.    Мс Сaskill D., Gershenzon J., Croteau R. Morphology and monoterpene biosynthetic capabilities of secretory cell clusters isolated from glandular trichomes of Peppermint (Mentha piperita L.). Planta. 1992;187:445-454.

  • 6.    Mehery Askary, Seyed Mehdi Talebi, Fariba Amini, Ali Dosti Balout Bangan. Effect of stress on foliar trichomes plasticity in Mentha piperita . Nusantara Bioscience. 2016;8(1):32-38.

  • 7.    Malankina, E.L. Savchenko О.М., Kozlovskaya, L.N. The quality of the essential oil of mint long-leaf. Potatoes and vegetables. 2018;5:29-31. (In Russ.)

  • 8.    Kalinichenko L.V., Malankina E.L., Kozlovskaya L.N. Comparative evaluation of the productivity of the medicinal hyssop ( Hyssopus officinalis L.) depending on the variety and the origin of the sample. Proceedings of the Timiryazev Agricultural Academy. 2013;5:171-176. (In Russ.)

  • 9.    Malankina, E.L. Agrobiological rationale for increasing the productivity of ethereal plants from the family Lamiaceae L. in the non-chernozem zone of the Russian Federation. Dis ... Doctor of Agricultural Sciences: 01/06/13 / Elena L. Malankina. [Place of protection: All-Russia. Nauch.-issled. Institute of Vegetable Growing] Moscow, 2007. 343 p. (In Russ.)

  • 10.    Bogomolov S.A., Malankina E.L., Kozlovskaya L.N. Сomparative study of some biochemical and morphological features of Origanum vulgare L. chemotypes. Proceedings of the Timiryazev Agricultural Academy. 2018;2:77-85. (In Russ.)

  • 11.    Shuvaeva, T.P. Solonitskaya V.B., Borodkina A.P., Zelentsov S.V. Characteristics of menthol forms of mint and their cultivation at the Voznesenskaya experimental station VNIIMK. Oilseeds. Scientific and Technical Bulletin VNIIMK. 2009;2(141). (In Russ.)

  • 12.    Murrey M.J., Marbl P.M., Lincoln D.E. Inter-subgeneric Hybrids in the genus Mentha // J. Hered. 1971;62(6):363-366.

  • 13.    Lohwasser, U., Schimmel J., Baumann K. et al. Untersuchung der Thzmian-Kollektion aus der Bundeszentralen Exsitu-Genbank Gatersleben-Vergleich mor-phologischer, phytochemischer und molekularer Merkmale. Julius-KühnßArchiv. 446. 7. Tagung Arznei- und Gewuerzpflanzenforschung, 14-17 September. Wien, Oesterreich. 2014. S.42-43.

  • 14.    The State Pharmacopoeia of the Russian Federation. XIV Edition, Volume IV. 2018, FS.2.5.0029.15. Р.6284-6292. (In Russ.)

  • 15.    Al Karawi Hanan Ahmed Hadi. Features of growth, development and biochemical composition of economically significant representatives of the genus Thymus L. in the non-chernoznous zone of the Russian Federation. Dis ... candidate of biological sciences: 09.17.18 / Al Karavi Hanan Ahmed Hadi [Place of protection: RSAU-MSHA im. K.A. Timiryazeva] Moscow, – 2018. 158 p. (In Russ.)