Некоторые черты эмбриологии Campanula alliariifolia Willd. (Campanulaceae)

Campanula alliariifolia Willd. – колокольчик чесночницелистный (= к. бледноóхряный) – представитель семейства Campanulaceae. Согласно данным The World Flora Online, его синонимами являются Campanula lamiifolia var. albotomentosa Rupr. и Medium alliariifolium (Willd.) Spach., последний – это причерноморско-средиземноморский вид, произрастает в Малой Азии и на Кавказе. По сведениям литературы, в России Campanula alliariifolia произрастает в регионе южнее от Волгоградской обл. Вид включен в Красную книгу Волгоградской области РФ. Целью данной работы было выявление особенностей формирования мужских и женских генеративных структур Campanula alliariifolia и его возможностей се-мяобразования.

Материалы и методы исследований

Campanula alliariifolia – многолетнее растение с прямостоячими простыми стеблями. Отличается продолжительным цветением в июне – августе. Основной растительный материал для изучения эмбриологии нами был собран в сентябре 2020 г. в Алагирском р-не на берегу р. Фиагдон в Кадаргаванском каньоне Куртатинского ущелья (Северная Осетия). В 2023 г. д.б.н. Николай Борисович Ермаков предоставил нам некоторый растительный материал, который он собирал в августе в районе г. Гагры.

Э мбриологические исследования проводили на постоянных препаратах, приготовленных по общепринятым методикам [Ромейс, 1954; Паушева, 1988]. Препараты с толщиной срезов до 10–12 μm окрашивали метиловым зеленым и пиронином, а также гематоксилином по Гейденгайну с подкраской алциа-новым синим [Шевченко и др., 1986; Шевченко, Чеботарь, 1992; Жинкина, Воронова, 2000]. Для фиксации бутонов разной величины, цветков и завязей использовали фиксаторы Карнуа (6:3:1) и Чемберлена (спирт этиловый 70% – 90 частей, формалин 40% – 5 частей и ледяная уксусная кислота – 5 частей). Парафиновые срезы толщиной 8-10μ получали с помощью ротационного полуавтоматического микротома RMD-3000 (Россия). Анализ постоянных препаратов проводили с помощью микроскопа AxioScope A.1 (Carl Zeiss). Для каждой стадии развития анализировали не менее 100 препаратов. Микрофотографии получены с помощью системы анализа изображения AxioCamERc 5s (Carl Zeiss).

Результаты и их обсуждение

Обычно C. alliariifolia произрастает в зарослях степных кустарников, по опушкам, на каменистом или песчаном субстрате. Это травянистое растение высотой от 30 до 65 см, с прямостоячими стеблями. Стебель большей частью простой, шероховатый, листья покрыты короткими волосками. Стеблевые листья сердцевидные, сердцевидно-овальные или овальные, неравногородчато-пильчатые; нижние прикорневые – треугольно-сердцевидные, с черешками; верхние – сидячие, продолговато-ланцетные, снизу густо бархатисто-опушенные. Цветки длиной от 22 до 26 мм, на цветоножках, собраны в малоцветковую одностороннюю кисть (рис. 1.).

Венчик желтовато-белый, крупный (ширина отгиба до 18 мм), воронковидно-колокольчатый, по краю реснитчатый, чашелистики ланцетные, загнуты вниз. Придатки ланцетные. Цветение в июне – августе, в Абхазии цветение продолжается до октября. Пестик столбика густо покрыт волосками и после завершения функции извлечения пыльцы из пыльников волоски втягиваются в поверхностную ткань столбика, расширяя основание волоска, и от них остаются только кончики, незначительно возвышающиеся над эпидермой столбика. Иными словами, у C. alliariifolia, как и у C. sibirica, C. taurica и C. talievii [Шевченко, Мирошниченко, 2013; Мирошниченко, Шевченко, 2014], наблюдается явление инвагинации, или ретракции, что значительно способствует эффективности опыления (рис. 2). Цветок у C. alliariifolia пол- ный, обоеполый, актиноморфный, на длинной цветоножке, с выпуклым цветоложем. Чашечка зубчатая, увядающая, венчик колокольчатый, опушенный. Пыльник 4-гнездный (рис. 3), 2-тековый. Стенка микроспорангия развивается центробежно, тапетум является результатом развития первичного париетального слоя.

Рис. 2. Фрагмент столбика пестика C. alliariifolia [Fragment of pistil style C. alliariifolia ]

Рис. 1. Общий вид растения C. alliariifolia [General view of plant C. alliariifolia ]

E

E Т

M

Cb

S

Рис. 3. Общий вид поперечного среза пыльника C. alliariifolia :

E – эпидермис; En – эндотеций; Ml – средний слой; T – тапетум; Cb – проводящий пучок; St – спорогенная ткань

[General view of the cross section of the anther C. alliariifolia :

E – epidermis; En – endotecium; Ml – midlle layer; T – tapetum; Cb – conductive bundle; St – sporogenic tissue]

Сформированная стенка микроспорангия состоит из эпидермы, эндотеция, одного, изредка двух средних слоев и секреторного тапетума (рис. 4). Следует отметить, что вначале развития стенки микроспорангии ядра в клетках тапетума сосредоточены у оболочки, приближенной к среднему слою. По мере роста клеток тапетума их ядра постепенно перемещаются к центру микроспорангия, располагаясь сначала в центре клеток, а затем у стенок, расположенных у клеток спорогенной ткани (рис. 5).

Клетки тапетума удлиненные, постепенно становятся двуядерными. Клетки спорогенной ткани плотно прижаты друг к другу, их ядра крупные с четко выраженными ядрышками, наличие которых свидетельствуют об активности клеток. Часто наблюдается деление спорогенных клеток (рис. 5). В этот период на стадии тетрад микроспор ядра тапетума расположены вблизи к центру микроспорангия (рис. 6). Стенка зрелого пыльника представлена сплющенными клетками эпидермиса и эндотеция с фиброзными утолщениями. Зрелые пыльцевые зерна 2-клеточные, 3-поровые, 4-поровые, изредка даже 5-поровые (рис. 7). Следует отметить, что развитие мужских генеративных структур C. alliariifolia во многом согласуются с таковыми при выращивании его в условиях Ботанического сада Петра Великого [Жинкина, Евдокимова, 2023].

Рис. 4. Фрагмент сформированного микроспорангия:

E – эпидермис; En – эндотеций; CC – средний слой; T – тапетум; SpT – спорогенная ткань

[Fragment of the formed microsporangium:

E – epidermis; En – endothecium; CC – middle layer; T – tapetum; SpT – sporogenic tissue]

Рис. 5. Фрагменты микроспорангия:

Dspk – деление клеток спорогенной ткани; JT – ядра клеток тапетума в их центре [Fragments of the microsporangium:

Dspk – cell division of sporogenic tissue; JT – tapetum nuclei in the center of cells]

Рис. 6. Фрагмент микроспорангия на стадии тетрады микроспор: JT – ядра тапетума; ТМ – тетрады микроспор

[Fragment of microsporangium at the stage of microspore tetrad: JT – tapetum nuclei; TM – tetrads of microspores]

Рис. 7. Пыльцевые зерна C. alliariifolia на разных стадиях развития:

GC – генеративные клетки, P – поры

[Pollen grains of C. alliariifolia at different stages of development: GC – generative cells, P – pores]

Гинецей представлен множеством семязачатков. Семязачаток анатропный, унитегмальный, медиону-целлятный, с коротким фуникулусом. В субэпидермальном слое примордия дифференцируется археспо-риальная клетка, которая делится с образованием париетальной и спорогенной клеток (рис. 8).

Спорогенная клетка трансформируется в мегаспороцит. В результате мейоза образуется линейная тетрада мегаспор, халазальная из которых развивается в зародышевый мешок.

Рис. 8. Археспориальные клетки в субэпидермальном слое примордия: Arch – археспориальные клетки; D Arch – деление археспория [Archesporial cells in the subepidermal layer of the primordium: D Arch – division of archesporium]]

Зародышевый мешок удлиненный, микропиле длинное, узкое, прямое. Развивается интегументальный тапетум, представленный таблитчатыми клетками с ядрами и ядрышками, охватывающий примерно ¾ зародышевого мешка и доходящий до уровня апекса яйцеклетки. У основания зародышевого мешка формируются постамент и подиум (рис. 9).

Рис. 9. Фрагменты семязачатков C. alliariifolia :

Pd – подиум, М – микропиле, F – фуникулус, IT – интегументальный тапетум [Fragments of ovules of C. alliariifolia :

Pd – podium, M – micropyle, F – funiculus,– integumental tapetum]]

Следует отметить, что изучаемому виду свойственна протандрия, и когда в микроспорангии в пыльцевых зернах наблюдается дифференцирующий митоз, в семязачатке проходит мейоз и формируется тетрада мегаспор.

Плоды у C. alliariifolia – поникающие коробочки, вскрывающиеся у основания. По классификации М.Г. Николаевой [1982], форму покоя у C. alliariifolia можно определить как органический покой семян, при котором их прорастание задерживается из-за свойств тех или иных частей семени, в данном случае вследствие недоразвития зародыша.

Заключение

Таким образом, по основным эмбриологическим чертам C. alliariifolia близок к другим видам семейства Campanulaceae [Жинкина, 1995; Коробова, Жинкина, 1995; Мирошниченко. 2019] и характеризуется следующими признаками: тип формирования стенки микроспорангия центробежный, сформированная стенка состоит из эпидермиса, эндотеция, одного, изредка двух средних слоев и секреторного тапетума. Тетрады микроспор образуются по симультанному типу. Зрелые пыльцевые зерна 2-клеточные, 3-поровые, 4-поровые, изредка даже 5-поровые. Гинецей представлен множеством анатропных, унитег-мальных, медионуцеллятных, фуникулярных семязачатков. Развивается интегументальный тапетум. Зародышевый мешок удлиненный, микропиле длинное, узкое, прямое. У основания зародышевого мешка формируются постамент и подиум. Данный вид отличается длительным периодом цветения. Бо_́льшая часть мужских и женских генеративных элементов у него формируются с незначительным числом аномалий, что позволяет предположить возможность нормального возобновления вида.