О микроструктуре семян видов рода Bauhinia L. (сем. Fabaceae Lindl. , подсем. Caesalpinioideae Kurth. )

БОТАНИКА

О МИКРОСТРУКТУРЕ СЕМЯН ВИДОВ РОДА BAUHINIA L.

М.Е. Павлова, В.А. Сурков, А.А. Терехин

Кафедра ботаники, физиологии растений и агробиотехнологии Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, 8/2, Москва, Россия, 117198

Исследована микроструктура (поперечные и продольные срезы) зрелых сухих семян 12 видов рода Bauhinia L. Показано, что исследованные виды рода Bauhinia по типу микроструктуры семян образуют две отличные друг от друга группы. Выявлены признаки микроструктуры семян, которые могут быть использованы как диагностические при классификации рода.

Ключевые слова: баугиния, семена, микроструктура, спермодерма, эндосперм, семядоли, рубчик.

Род Bauhinia L. включает около 300 видов, распространенных в тропических районах обоих полушарий. Это деревья, кустарники и лианы с двулопастными листьями, крупными цветками белой, желтой, разных оттенков красной окраски, собранными в кисти, щитки или метелки. Плоды — бобы — до 20 см длиной. Семена крупные.

Многие виды этого рода традиционно используют как лекарственные, кормовые, декоративные, технические растения [1—7].

На протяжении более 250 лет, со времени первого описания этого огромного рода Карлом Линнеем в 1753 г., ученые занимались его классификацией, предлагая различные варианты внутриродовой систематики [8—11]. Однако до сих пор не существует единой точки зрения на систему рода. Ни в одной из предложенных систем не учитывались признаки микроструктуры семян. В то же время многие ученые считают, что признаки структуры семян константны и обладают большой ценностью в качестве диагностических при решении вопросов филогении и систематики [12—16]. Структура семян видов рода Bauhinia L. изучена недостаточно. Некоторые сведения по этому вопросу можно найти в работах E.J.H. Corner, С.Ф. Пономаренко [16; 17]. P. Zou, J.P. Liao, D.X. Zhang изучили поверхность семян некоторых видов рода Bauhinia под сканирующим электронным микроско-

пом [18]. За последние годы мы подробно изучили микроструктуру семян некоторых видов рода Bauhinia с использованием оптического микроскопа, сделав продольные и поперечные срезы сухих зрелых семян (без размачивания и нарушения структуры) по специальной методике [19—25]. Выявленные в результате настоящих исследований признаки микроструктуры семян могут быть полезны в решении спорных вопросов классификации рода Bauhinia L.

Материал и методика исследований. Нами изучены 360 образцов зрелых семян видов рода Bauhinia, относимых к 12 видам и к различным подродам, секциям и сериям [11]:

— B. aculeata L. (подрод Bauhinia, секция Pauletia, серия Cansenia);

— B. acuminata L. (подрод Bauhinia, секция Pauletia, серия Acuminatae);

— B. cumanensis Kunth. (подрод Phanera, секция Caulotretus, подсекция Binaria);

— B. diphylla Buch.-Ham. (подрод Phanera, секция Lysiphyllum, серия Africanae);

— B. galpinii N.E.Br. (подрод Bauhinia, секция Afrobauhinia, серия Galpinae);

— B. hookeri Muell. (подрод Phanera, секция Lysiphyllum, серия Hookerae);

— B. monandra Kurz. (подрод Bauhinia, секция Telestria, серия Monoteles);

— B. purpurea L. (подрод Bauhinia, секция Telestria, серия Purpureae);

— B. racemosa Lam. (подрод Bauhinia, секция Micralvesia, серия Racemosae);

— B. rufescens Lam. (подрод Bauhinia, секция Micralvesia, серия Racemosae);

— B. tomentosa L. (подрод Bauhinia, секция Alvesia);

— B. variegata L. (подрод Bauhinia, секция Telestria, серия Purpureae).

Зрелые семена этих видов получены из ботанического сада г. Калькутта (Индия), университета г. Легон (Гана).

Для изучения микроструктуры семян были изготовлены микропрепараты. У сухих семян предварительно нарушали целостность спермодермы в районе рафэ, затем семена обезвоживали абсолютным спиртом и заключали в целлоидин [26]. Семена, смонтированные на деревянных блоках, резали на салазочном микротоме МС-2 в латеральной плоскости в медиальной части в двух направлениях: параллельно оси халаза-микропиле и перпендикулярно ей. Толщина срезов составляла 10—15 мкм. Срезы окрашивали гематоксилином по Карацци и заключали в глицерин-желатин [27]. Микрофотографии препаратов делали при помощи микроскопа МБИ-6 в проходящем свете при увеличениях 20 х 10 для спермодермы, 9 х 12,5 для рубчика и 40 х 7 для семядолей. Для каждого увеличения была сфотографирована шкала объект-микрометра, при печати неизменно выдерживался избранный масштаб. Измерения параметров микроструктуры семян проводили при помощи микроскопа МБР-1 с использованием окуляр- и объект-микрометров. Для каждого параметра делали по 20 измерений. Математическую обработку результатов измерений проводили на персональном компьютере с использованием пакета анализа данных программы Microsoft Excel. Достоверность изучения параметров структуры семян определяется величиной относительной ошибки, составляющей менее 5%.

Результаты исследований. Исследования показали, что по типу микроструктуры семян изученные виды рода Bauhinia можно разделить на две группы.

Микроструктура спермодермы, эндосперма и семядолей у всех видов каждой группы имеют единый план строения [19—25].

Спермодерма с латеральной стороны семени. У видов I группы эпидерма спермодермы тонкая: в пределах от 10,1 (B. variegata) до 18,6 мкм (B. purpurea), состоит из клеток кубической формы, антиклинальные и наружная периклинальная стенки утолщены. Гиподермы нет. Паренхима толщиной от 53,2 (B. variegata) до 80,6 мкм (B. aculeata), состоит из облитерированных клеток (рис. 1, 3).

Рис. 1. Спермодерма видов рода Bauhinia: B. aculeata (I), B. purpurea (II), B. variegata (III);

А — поперечный срез; В — продольный срез; увел. 20 х 10; эп — эпидерма, пар — паренхима, гип — гиподерма, п.п — проводящий пучок, ал — алейроновый слой, энд — эндосперм.

У видов II группы эпидерма спермодермы толстая: в пределах от 40,0 (B. galpinii) до 110,0 мкм (B. dyphylla), двухрядная, состоит из клеток палисадной формы, антиклинальные стенки утолщены равномерно. Граница между двумя рядами клеток эпидермы видна в виде светлой линии, обладающей интенсивным светопреломлением (рис. 2). Гиподерма состоит из тонкостенных клеток с расширенными концами, толщина ее от 4,4 (B. dyphylla) до 17,6 мкм (B. galpinii). Паренхима толщиной от 65,6 (B. tomentosa) до 246,0 мкм (B. racemosa), клетки ее тонкостенные, округлые, заполнены темным содержимым (рис. 2 (1—3), 3).

III-A III-B

100 мкм

Рис. 2-1. Спермодерма видов рода Bauhinia:

B. acuminata (I), B. cumanensis (II), B. dyphylla (III); обозначения те же, что на рис. 1.

Рис. 2-2. Спермодерма видов рода Bauhinia:

B. galpinii (IV), B. hookeri (V), B. monandra (VI); обозначения те же, что на рис. 1.

IX-A IX-B

100 мкм

Рис. 2-3. Спермодерма видов рода Bauhinia: B. racemosa (VII), B. rufescens (VIII), B. tomentosa (IX); обозначения те же, что на рис. 1.

МКМ

400 300 200 100 0

и mm i i

ш ^ ^ I ш т íííó к ш

10

11

12 Виды

Рис. 3. Толщина спермодермы и тканей, ее составляющих: эпидермы, гиподермы, паренхимы (сверху вниз) у видов рода Bauhinia:

1 — B. aculeata, 2 — B. purpurea, 3 — B. variegata, 4 — B. acuminata, 5 — B. cumanensis, 6 — B. dyphylla, 7 — B. galpinii, 8 — B. hookeri, 9 — B. monandra, 10 — B. racemosa, 11 — B. rufescens, 12 — B. tomentosa

Спермодерма в районе рубчика. Структура спермодермы в области рубчика отлична от таковой на латеральной стороне семени (рис. 5). У видов I группы спер-модерма в районе рубчика значительно толще, чем на латеральной стороне семени: от 837,5 (B. purpurea) до 1262,5 мкм (B. aculeata) (рис. 4). Эпидерма здесь не образуется, на поверхности расположены остатки фуникулуса. Из фуникулуса в паренхиму спермодермы входит проводящий пучок.

мкм

2000 -|-

1500 --- -

юоо -- -П—1=|- — — — — -1—,-

500 -- - - - - - - - - - - - -

0 М I I I I I I I I I I I I-

1 23 45 678 9 10 11 12 Виды

Рис. 4. Толщина спермодермы в районе рубчика у видов рода Bauhinia; обозначения те же, что на рис. 3.

II III

Рис. 5. Спермодерма видов рода Bauhinia в районе рубчика, увел. 9х12,5: B. aculeata (I), B. purpurea (II), B. variegata (III); обозначения те же, что на рис. 1.

У видов II группы спермодерма в области рубчика толще, чем на латеральной стороне семени — от 892,5 (B. rufescens) до 1852,5 мкм (B. dyphylla) (рис. 4). На поверхности хорошо выражена эпидерма, через которую в паренхиму проникает проводящий пучок. На поверхности эпидермы имеются остатки фуникулуса (рис. 6).

Эндосперм. У видов I группы эндосперм практически отсутствует (небольшое число облитерированных тонкостенных изодиаметрических клеток в районе семенного шва или антишва). Алейронового слоя нет (рис. 7, 8 (I, II); табл.).

У видов II группы эндосперм хорошо развит; клетки эндосперма крупные, тонкостенные, изодиаметрические или несколько вытянутые радиально. Толщина эндосперма неравномерная — наибольшая на середине латеральной стороны семени, наименьшая в районе семенного шва, антишва, рубчика и халазы: от 496,3 (B. galpinii) до 1405,0 мкм (B. monandra) (рис. 7, 8 (III — XI); табл.). Имеется алейроновый слой толщиной от 12 мкм (B. rufescens) до 39 мкм (B. hookeri). Внутренние ряды клеток эндосперма облитерированы. В сухих семенах эндосперм очень твердый, стеклообразный, в набухших — желеобразный; при набухании объем его увеличивается в несколько раз.

Рис. 6. Спермодерма видов рода Bauhinia в районе рубчика, увел. 9х12,5: B. acuminata (I), B. cumanensis (II), B. dyphylla (III), B. galpinii (IV), B. hookeri (V), B. monandra (VI), B. racemosa (VII), B. rufescens (VIII), B. tomentosa (IX); обозначения те же, что на рис. 1 •

Рис. 7. Толщина эндосперма у видов рода Bauhinia; обозначения те же, что на рис. 3.

II-A

II-B

IV-A

IV-B

1{Н> МКМ

Рис. 8-1. Эндосперм видов рода Bauhinia, увел. х20х10:

B. aculeata (I), B. variegata (II), B. acuminata (III), B. cumanensis (IV), B. dyphylla (V), B. galpinii (VI), B. hookeri (VII); А — поперечный срез; В — продольный срез; ал — алейроновый слой.

Рис. 8-2. Эндосперм видов рода Bauhinia, увел. х20х10:

B. monandra (VIII), B. racemosa (IX), B. rufescens (X), B. tomentosa (XI); А — поперечный срез; В — продольный срез; ал — алейроновый слой.

Зародыш. У видов I группы эпидерма семядолей без устьичных аппаратов толщина ее с абаксиальной стороны от 14,8 (Б. vаriegаtа) до 16,0 мкм (Б. aculea-ta), с адаксиальной — от 17,4 (Б. variegata) до 20,6 мкм (Б. aculeata) (табл.). Клетки запасающей паренхимы изодиаметрические, тонкостенные с множеством пор. Палисадная паренхима с адаксиальной стороны семядолей отсутствует. Ме-

зофилл пронизан тяжами проводящих элементов (рис. 9 (I—III)). Запасными питательными веществами являются запасной белок и жирное масло, крахмала нет.

У видов II группы эпидерма семядолей без устьичных аппаратов. Толщина ее у изученных видов отличается мало: с абаксиальной стороны от 15,7 (B. rufes-cens) до 20,9 мкм (B. acuminata), с адаксиальной стороны — от 15,1 (B. rufescens) до 22,6 мкм (B. dyphylla) (табл.). Для запасающей паренхимы характерна изопа-лисадность — палисадная паренхима расположена не только на адаксиальной стороне: весь мезофилл состоит из клеток, приближающихся по форме к палисадным. Клетки запасающей паренхимы имеют тонкие стенки с множеством пор. Мезофилл пронизан тяжами проводящих элементов (рис. 9 (IV, V, VI); рис. 10). Запасными питательными веществами является в основном белок; жирного масла немного, крахмала нет.

II

Рис. 9. Семядоли видов рода Bauhinia, увел. 40x7:

B. aculeata (I), B. purpurea (II) B. variegata (III), B. acuminata (IV), B. cumanensis (V), B. dyphylla (VI); 1 — поперечный срез, 2 — продольный срез; а — эпидерма с абаксиальной стороны; b — паренхима; c — эпидерма с адаксиальной стороны, d — проводящий пучок.

Рис. 10. Семядоли видов рода Bauhinia, увел. 40x7:

B. galpinii (VII), B. hookeri (VIII), B. monandra (IX), B. racemosa (X), B. rufescens (XI), B. tomentosa (XII); 1 — поперечный срез, 2 — продольный срез; а — эпидерма с абаксиальной стороны; b — паренхима; c — эпидерма с адаксиальной стороны, d — проводящий пучок.

Таблица

Параметры микроструктуры семян видов рода Bauhinia

Параметры микроструктуры семян I группа видов II группа видов

Толщина спермодермы с латеральной стороны семени, мкм 63,3—99,0 116,2—344,1

Толщина спермодермы в районе рубчика, мкм 837,5—1262,5 892,5—1845,0

Число слоев клеток эпидермы спермодермы один два

Толщина эпидермы спермодермы с латеральной стороны семени, мкм 10,1—18,6 40,0—110,0

Толщина гиподермы спермодермы с латеральной стороны семени, мкм — 4,4—17,6

Толщина паренхимы спермодермы с латеральной стороны семени, мкм 53,2—80,6 65,6—246,0

Толщина эндосперма с латеральной стороны семени, мкм 16,9—18,7 496,3—1405,0

Толщина алейронового слоя, мкм — 12,5—38,8

Толщина эпидермы семядолей с абаксиальной стороны, мкм 14,8—16,0 15,7—20,9

Толщина эпидермы семядолей с адаксиальной стороны, мкм 17,4—20,6 15,1—22,6

Заключение. В результате всестороннего исследования микроструктуры сухих зрелых семян 12 видов рода Bauhinia и измерения параметров микроструктуры семян выявлены существенные различия в микроструктуре семян между видами рода. Показано, что по типу микроструктуры семян изученные виды рода Bauhinia можно разделить на две отличные друг от друга группы (табл.). К первой группе отнесены B. aculeata, B. purpurea, B. variegata, семена которых имеют тонкую однослойную эпидерму спермодермы и не содержат эндосперма. Ко второй группе отнесены B. acuminata, B. cumanensis, B. dyphylla, B. galpinii, B. hookeri, B. monandra, B. racemosa, B. rufescens, B. tomentosa, семена которых имеют двухслойную, толстую эпидерму спермодермы и развитый многослойный эндосперм [25].

Признаки структуры зародыша не могут достоверно характеризовать различия видов.

Результаты изучения параметров структуры семян можно считать достоверными, так как относительная ошибка не превышает 5%.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Savi A.O., Breviglieri E., Bella-Cruz A., Yunes R.A., Cechinel Filho V. Antibacterial activity of Bauhinia splendens leaves (Leguminosae) // Revista de Biologia Tropical. — 1997. — V. 44— 45. — № 3—1. — P. 601—603.

[2] Saikat B., Singh A.K., Banerjee S.K., Banerjee S. Impact of flyash on foliar chemical and biochemical composition of naturally occurring ground flora and its possible utilization for growing tree crops // Indian Forester. — 2003. — V. 129. — № 8. — P. 964—978.

[3] Khan M.A., Wajahat Hanif. Ethno veterinary medicinal uses of plants from Samahni valley dist. Bhimber (Azad Kashmir) Pakistan // Asian Journal of Plant-Sciences. — 2006. — V. 5. — № 2. — P. 390—396.

[4] Gupta M., Mazumder U.K., Kumar R.S., Gomathi P., Rajeshwar Y., Kakoti B.B., Selven V.T. Anti-inflammatory, analgesic and antipyretic effects of methanol extract from Bauhinia racemosa stem bark in animal models // Journal of Ethnopharmacology. — 2005. — V. 98. — № 3. — P. 267—273.

[5] Oliveira C.Z., Maiorano V.A., Marcussi S., Sant-Ana C.D., Januario A.H., Lourenco M.V., Sampaio S.V., Franca S.C., Pereira P.S., Soares A.M. Anticoagulant and antifibrinogenolytic properties of the aqueous extract from Bauhinia forficata against snake venoms // Journal of Ethnopharmacology. — 2005. — V. 98. — № 1—2. — P. 213—216.

[6] Rajkapoor B., Jayakar B., Murugesh N., Sakthisekaran D. Chemoprevention and cytotoxic effect of Bauhinia variegata against N-nitrosodiethylamine induced liver tumors and human cancer cell lines // Journal of Ethnopharmacology. — 2006. — V. 104. — № 3. — P. 407—409.

[7] Kumar R.S., Sivakumar T., Sunderam R.S., Gupta M., Mazumdar U.K., Gomathi P., Rajesh-war Y., Saravanan S., Kumar M.S., Murugesh K., Kumar K.A. Antioxidant and antimicrobial activities of Bauhinia racemosa L. stem bark // Brazilian Journal of Medical and Biological Research. — 2005. — V. 38. — № 7. — P. 1015—1024.

[8] Candolle A. de. Bauhinia L. / Prodr. Syst. Nat. Parisiis, 1825. — Pars 2. — P. 512—518.

[9] Bentham G. Leguminosae / Martius G. Flora Brasiliensis. — Leipzig, 1870. — V. 15 (2). — P. 1—527.

[10] Wit H. C. de. A revision of the Malaysian Bauhinieae / Reinwardtia. — 1956. — V. 3. — P. 381 — 541.

[11] Wunderlin R.P., Larsen K., Larsen S.S. Reorganization of the Cercideae (Fabaceae: Caes-alpinioideae) / Biol. Skrift. — 28. Kong. Danske Vidensk. selsk. — 1987. — P. 1—40.

[12] Netolitzky F. Anatomie der Angiospermen-Samen / Linsbauer K. Handbuch der Pflanzenan-tomie. — Berlin, 1926. — P. 10. — S. 1—364.

[13] Козо-Полянский Б.М. Значение различных методов в систематике растений / Пробл. бот. — М.-Л., 1950. — Вып. 1.— С. 28—69.

[14] Меликян А.П. Применение данных анатомии спермодермы к систематике и филогении нимфейных / Второе Моск. совещ. по филогении раст. — М., 1964. — С. 46—48.

[15] Меликян А.П. О признаках примитивности и специализации в типах семенных покровов цветковых растений // Докл. АН Арм. ССР. — 1972. — Т. 55. — № 4. — С. 239—243.

[16] Corner E.J.H. The seeds of Dicotyledons / L., N.-J., Melburne, 1976. — V. 1, 2.

[17] Пономаренко С.Ф. Порядок 86. Fabales / Сравнительная анатомия семян. Двудольные. Rosideae I. — СПб.: Мир и семья, 1996. — Т. 5. — С. 264—298.

[18] Zou P., Liao J.P., Zhang D.X. Spermodermal micro-morphology of Bauhinia (Leguminosae. Caesalpinioideae) // Guthaia. — 28 (1). — 2008. — P. 24—32.

[19] Пономаренко С.Ф., Павлова М.Е. Структура семян видов рода Bauhinia L. (Fabaceae Lindl.) в связи с классификацией / Международная научная конференция по систематике высших растений. — М., 2002. — С. 88.

[20] Пономаренко С.Ф., Павлова М.Е. Микроскопическая структура семян видов рода Bauhinia L. (сем. Fabaceae Lindl.) в связи с классификацией / Аграрный сектор и его современное состояние. Мат. науч. конфер. аграрного ф-та. — М.: РУДН, 2002. — С. 78.

[21] Пономаренко С.Ф., Павлова М.Е. Структура семян видов рода Bauhinia L. (Fabaceae Lindl.) в связи с классификацией / II международная конференция по анатомии и морфологии растений. — СПб., 2002. — С. 175—176.

[22] Пономаренко С.Ф., Павлова М.Е. Структура семян видов рода Bauhinia L. (Fabaceae Lindl.) в связи с классификацией // Известия АН. Серия Биологическая. — 2003. — № 4. — С. 438—446.

[23] Павлова М.Е. Особенности структуры семян видов рода Bauhinia L. (сем. Fabaceae Lindl., подсем. Caesalpinioideae) // Актуальные проблемы современного аграрного производства. Сб. ст. международн. научн.-практ. конф. преподавателей, молодых ученых и аспирантов аграрных вузов РФ. — М.: РУДН, 2008. — С. 17—19.

[24] Павлова М.Е., Сурков В.А. Применение данных о структуре семян к классификации рода Bauhinia L. (сем. Fabaceae Lindl., подсем. Caesalpinioideae) // Вестник Российского университета дружбы народов. Сер. «Агрономия и животноводство». — 2008. — № 3. — С. 23—34.

[25] Павлова М.Е. Сравнительная характеристика структуры семян видов рода Bauhinia L. (сем. Fabaceae Lindl., подсем. Caesalpinioideae): Дисс. ... канд. биол. наук. — М., 2009.

[26] Пономаренко С.Ф. К вопросу изготовления микропрепаратов сухих семян // Бот. журн. — 1974. — Т. 59. — № 4.— С. 534—535.

[27] Прозина М.Н. Ботаническая микротехника. — М.: Высшая школа, 1960.

CONCERNING THE BAUHINIA L. SPECIES (FAM. FABACEAELINDL., SUBFAM. CAESALPINIOIDEAE KURTH.) SEEDS' MACROSTRUCTURE

M.E. Pavlova, V.A. Surkov, A.A. Terehin

Department of botany, plant physiology and agrobiotechnology Peoples' Friendship University of Russia

Miklukho-Maklaya str., 8/2, Moscow, Russia, 117198

Microstructure (cross-section and longitudinal cuts) of mature dry seeds of 12 species of Bauhinia L. genus was examined. It was shown that according to the seeds' microstructure type the investigated Bauhinia L. species form two different groups. Signs of seed microstructure, useful as diagnostic for classification of the genus, were revealed.

Key words: Bauhinia, seeds, microstructure, spermoderm, endosperm, cotyledons, hilum.