Особенности микроморфологии и анатомии листа Populus tremula L. (sect. Populus) и P. nigra L. (sect. Aigeiros duby, Salicaceae)

В научной литературе систематически появляются разнообразные работы, посвященные исследованиям видов и (чаще) культиваров из рода Populus ( Salicaceae ) [Этапы формирования…, 2005; Скворцов, 2010; Zeng et al., 2016; Евлаков, Царев, Заплетин, 2017; Куприянова, 2020 и др.]. Однако вопросы, связанные с идентификацией и концепцией видов данного рода решены еще не полностью. Таким образом, остается продолжать попытки получения данных о морфологических, анатомических особенностях видов и гибридогенных таксонов рода Populus на региональном материале. В 2021 г. изучена микроморфология и анатомия аборигенных видов: Populus tremula L . (sect. Populus ) и P. nigra L. (sect. Aigeiros Duby) в Пермском крае.

• P. tremula отмечена в Восточной и Западной Европе, в Крыму, на Кавказе, в Сибири, на Дальнем Востоке, на севере п-ова Корея. Ее ареал простирается от лесотундры до степей, на севере заходит за полярный круг [Свиязева, 1977с; Скворцов, 2010]. В Пермском крае P. tremula встречается часто, широко представлена в древостоях различных типов леса и синтаксонах, образует осинники [Овеснов, 2007].

• P. nigra распространена в Западной и Восточной Европе, на Кавказе, в Малой Азии, Иране, Северной Африке, Восточной Сибири, доходя до бассейна среднего Енисея, в южной части Западной Сибири, на севере Казахстана [Свиязева, 1977b; Скворцов, 2010]. В Пермском крае произрастание данного вида ограничено в природе поймами и долинами рек [Овеснов, 2007]. Он произрастает одиночно, значительных массивов, которые можно рассматривать как лесонасаждения, не образует.

В естественных условиях в Пермском крае отмечается еще один вид – P. alba L. (sect. Populus ), встречающийся очень редко на юго-западе региона [Овеснов, 2007]. Его ареал охватывает Западную Европу, среднюю и южную части Восточной Европы, Крым, Кавказ, южную часть Западной Сибири, Казахстан, Среднюю и Малую Азию, Иран, Афганистан, Западный Китай, Гималаи, северо-западную Африку [Сви-язева, 1977a; Скворцов, 2010]. По литературным данным P. alba [Скворцов, 2010; Zeng et al., 2016 и мн. др.] в местах совместного произрастания с P. tremula повсеместно скрещиваются, образуя гибридогенный таксон P. × canescens (Ait.) Smith. Идентификацию родительских видов и нотовидов осложняет интрогрессивная гибридизация [Fossati et al., 2004; Lexer et al., 2005]. Локальные популяции P. alba Пермского края находятся на севере ареала, поэтому менее стабильны, в связи с чем не изучались.

Материал и методы

В рамках нашего исследования были изучены деревья P. tremula одной локальной популяции в долине р. Уинка в черте г. Перми. У P. nigra были исследованы 4 локальные популяции: в долине р. Его-шиха, на Липовой горе в г. Перми; а также в Кунгурском р-не Пермского края около д. Захаровка на склоне к р. Ирень и в районе Спасской горы. Для данного исследования были отобраны листья со вполне развитых брахибластов, с хорошо освещенной нижней части кроны, на высоте 1.5–2.5 м. С нефиксированных листьев в центральной части с их абаксиальной стороны между главной жилкой и краем листа была снята эпидерма, по общепринятым методикам [Анели, 1975] приготовлены временные препараты и изучены в проходящем свете на белом поле под микроскопом Биомед-5. Часть листьев была высушена, из них вырезаны круглые фрагменты диаметром около 1 см. Они изучены с абаксиальной стороны с помощью сканирующего электронного микроскопа Hitachi ТМ3000 при ускоряющем напряжении 15 кВ в режиме обратных рассеивающихся электронов (BSE). Яркость и контрастность полученных микрофотографий были изменены в растровом графическом редакторе Adobe Photoshop. Для определения количественных параметров клеток с помощью средств векторного графического редактора CorelDraw были измерены периметры, длины и площади клеток. Для получения статистических данных было измерено основных клеток эпидермы у P. tremula – 58, а у P. nigra – 253, устьичных аппаратов у P. tremula – 24, а у P. nigra – 185. Статистическая обработка проведена общепринятыми методами [Доспехов, 1985] с помощью программы Microsoft Office Excel 2010.

Результаты и их обсуждение

Основные клетки эпидермы на изученных препаратах P. tremula были мелкими, что по данным А.А. Паутова [1996] характерно для всей совокупности видов P. tremula L., P. davidiana Dode, P. grandidentata Michaux, P. sieboldii Miq., P . tremuloides Michaux, которые формируют секцию Trepidae Dode [по Р.В. Камелину, 1973]. Средняя площадь основных клеток эпидермы 351.7±12.6 мкм². Отдельные клетки на препарате варьировали по площади от 187.5 до 612.5 мкм². Коэффициент вариации данного признака высокий 27.4% [по А.А. Паутову, 2011]. Периметр клеток 78.9±1.5 мкм. Коэффициент вариации периметра – средний – 14.9%.

У P. nigra основные клетки эпидермы на изученных препаратах были крупнее и несколько больше колебались по площади от 437.5 до 1300.0 мкм², в среднем 820.9±39.9 мкм². Периметр 113.7±2.4 мкм. Коэффициенты вариации данных признаков несколько выше, чем у P. tremula – 37.0 и 15.8% соответственно.

Изученные микрофотографии позволили оценить форму основных клеток эпидермы, исходя из классификации Н.А. Анели [1975]. У P. nigra они оказались криволинейными кривостеночными. На некоторых сторонах антиклинальных стенок у части клеток есть одна вершина, неглубоко вклинивающаяся в соседнюю клетку. Иногда эти вершины совершенно не выражены (рис. 1).

Рис. 1. Микроскульптура абаксиальной сторона листа P. nigra , Кунгурский район Пермского края, д. Захаровка

[Microsculpture of the abaxial side of the P. nigra leaf, Kungursky district of Perm Krai, Zakharovka village:]

У P. tremula клетки оказались извилистыми (рис. 2), более близкими к измятостеночным по Н.А. Анели [1975]. Средний коэффициент извилистости антиклинальных стенок клеток изученных листьев P. tremula равнялся 23.2±0.4 мкм/мкм², а у P. nigra – 14.3±0.3 мкм/мкм².

У ранее изученных авторами листьев брахибластов культиваров P. laurifolia с абаксиальной стороны в г. Перми клетки были более извилистыми (рис. 3), измятостеночными. Средний коэффициент извилистости равен 23.7 мкм/мкм² [Молганова, Овеснов, 2021].

Виды рода Populus имеют неодинаковые устьица, так, например, P. tremula характеризуется парацит-ными, латероцитными или аномоцитными типами [Паутов, 2009; Куприянова, 2020]. Соответственно, данный признак не пригоден для идентификации видов.

На исследованных препаратах плотность устьиц у P. tremula колебалась от 333 до 571 шт./мм². Из данных литературы известно, что плотность и размер устьиц зависит у листьев Populus от экологических условий произрастания [Pearce et al., 2006; Di Baccio, Minocci, Sebastiani, 2010; Евлаков, Царев, Заплетин, 2017 и др.] и от развития (мощности) деревьев [Этапы формирования…, 2005]. В исследованиях А.А.

Паутова с соавторами число устьиц на абаксиальной стороне листьев P. tremula было 255–352 шт./мм² [Этапы формирования…, 2005]. У P. nigra в г. Перми и на юге Пермского края плотность устьиц значительно ниже – от 100 до 183 шт./ мм². По литературным данным [Евлаков, Царев, Заплетин, 2017], у культивара ‘Регенерата’ ( P. nigra х P. deltoides Bartram ex Marshall) плотность устьиц около 140 шт./мм², а ‘Пионер’ ( P. nigra ) – немногим более 100 шт./мм².

Рис. 2. Абаксиальная сторона листа P. tremula :

А – участок с основными клетками эпидермы, Б, В – околоустьичная складчатость

[The abaxial side of the P. tremula leaf:

A – the area with the main cells of the epidermis, B, C – parotid folding

Рис. 3. Абаксиальная сторона листа P. laurifolia : А – на ауксибластах, Б – на брахибластах

[Abaxial side of P. laurifolia leaf:

A – on auxiblasts, B – on brachiblasts]

Замыкающие клетки устьиц чечевицевидные, разнонаправленные, располагаются на одном уровне с основными. Замыкающие клетки устьиц P. tremula довольно мелкие (их длина 17.9±0.4 мкм), а у P. nigra они крупнее (24.6±0.4 мкм). У P. laurifolia длина замыкающих клеток составила 28.6±0.5 мкм [Молгано-ва, Овеснов, 2021]. Кривая распределения длины замыкающих клеток устьиц почти правильная, имеет характер, близкий к симметричному и одновершинному (рис. 4). Устьиц, значительно отличающихся по величине, описанных в литературе [Sitholey, Pandey, 1971; Stomata morphological…, 2015], на изученных препаратах не было обнаружено.

У изученных видов на абаксиальной стороне листа около устьиц имеется складчатый (стриатный) микрорельеф, который формирует так называемую околоустьичную кутикулярную складчатость. Особенности микрорельефа являются видоспецифичными и, следовательно, значимыми для таксономической диагностики [Stace, 1984; Сапач, 2005]. Их можно использовать совокупно с другими признаками [Dehgan, 1980; Olowokudejo, 1993; цит. по: Паутов и др., 2014]. В листе P. nigra выделяются устьица с тремя типами микрорельефа (рис. 1; 5, А). У большей части складки расходятся в противоположные стороны на расстояние от 10 до 27 мкм (средняя длина складок 17.8±4.7 мкм). Число складок от 5 до 25 шт. Иногда складки могут быть прямыми, а иногда извилистыми. В некоторых случаях они отходят перпен- дикулярно устьичной щели, а иногда на микрофотографиях заметны отклонения складок в сторону. Исходя из литературных данных [Паутов, 2011], у Hydrangea macrophylla (Thunb.) Ser. число и длина складок зависит от размера устьиц и величины их побочных клеток. У P. nigra некоторая зависимость наблюдалась между длиной устьиц и числом складок (коэффициент корреляции средний положительный 0.4). Между длиной устьиц и длиной складок зависимости не выявлено (r 0.05).

Рис. 4. Распределение числа устьиц по длине замыкающих клеток на абаксиальной стороне листа у P. nigra

[Distribution of the number of stomata along the length of the closing cells on the abaxial side of the leaf in P. nigra ]

Редко у некоторых устьиц складки расходились радиально. Число складок при этом было большим – от 13 до 30. Они простирались в разные стороны на ~17–49 мкм. У приблизительно пятой части устьиц, попадающих в поле зрения, складки были почти не заметны или от устьиц отходили по 4 недлинные складки (от 5 до 12 мкм) от полюсов устьичных клеток.

У P. tremula небольшое число околоустьичных складок (от 3 до 17 шт.) расходились перпендикулярно устьичной щели в противоположные стороны на расстояние ~10–20 мкм. У части устьиц складки не были заметны (рис. 5, Б).

Рис. 5. Типы околоустьичных складок: А – P. nigra ; Б – P. tremula [Types of periarticular folds: А – P. nigra ; Б – P. tremula ]

Заключение

Основные клетки эпидермы у P. tremula и P. laurifolia сходны между собой по степени извилистости больше, чем с таковыми у P. nigra. На изученных микропрепаратах P. nigra и P. tremula околоустьичная складчатость формировалось по-разному. Клетки на препаратах P. nigra с деревьев с территории г. Перми и с юга Пермского края по периметрам основных клеток эпидермы, коэффициентам извилистости антиклинальных поверхностей, длине замыкающих клеток устьиц, характеру и длине околоустьичных складок достоверно не различались.