Микроморфология листьев триплоидных иммунных к парше сортов яблони

С.М. Мотылёва М.Н. Кузнецов

Микроморфология листьев триплоидных

ИММУННЫХ К ПАРШЕ СОРТОВ ЯБЛОНИ

УДК 634.11:537.533.35

Методом сканирующей электронной микроскопии изучены признаки эпидермы 18 сортов яблони. Адак-сиальная поверхность с более выраженными основными клетками, чем абаксиальная, со сплошными, реже четко видными, антиклинальными стенками округленными, округленно-прямолинейными, извилистыми и волнистыми в очертании. Основные клетки нижней эпидермы слабо просматриваются из-за высокой складчатости и сплошного слоя воска. Устьица в среднем 17,2...20,6 мкм длиной, с хорошо выраженными побочными клетками.

Ключевые слова: яблоня, эпидерма, сканирующая электронная микроскопия

Motyleva S. M., Kuznetsov, M.N. Micromorphology leaves triploid immune to scad apple-tree. Been studied by scanning electronic microscopy signs epidermis 18 varieties apple-tree. Adaxial surface with a more pronounced basic cells than the abaxial, with solid, less clearly visible, anticlinal cell walls rounded, rounded-straight and wavy shapes. The main cells of the lower epidermis is weakly visible due to high folding and a solid layer of wax. Stomata on average 17,2.20,6 mm long, with well-pronounced adverse cells.

Key words: apple-tree, histological, scanning electron microscopy

Введение

Поверхность растений, в частности, лист - его эпидермальные структуры, постоянно испытывают влияние окружающей среды, и экологическая специализация проявляется наиболее ярко в морфоанатомических признаках листа. Проблема адаптации плодовых растений к факторам внешней среды явля-

Мотылёва С.М., к.с.-х.н.; КузнецовМ.Н., д.с.-х.н. - ГНУ ВНИИ селекции плодовых культур Россельхозакадемии

ется одной из актуальных в современном садоводстве [9]. Поэтому изучение изменчивости морфологических признаков листа представляет большой интерес при мониторинге экосистем. Крупные исследования устойчивости кутикулы древесных растений к стрессовым воздействиям представлены в работах Кравки-ной (1979), Даниловой и др. (1987), Кудрявцевой и др. (1997 б), Тшгшпеп et а1. (1995). Отдельные работы посвящены изучению структуры мезофилла листьев хлебных злаков [4], особенностям анатомического строения листьев яблони в связи с условиями обитания [2]. Исследованиями Чернышева (1984), показано, что эпидермальные производные - устьичный аппарат и эпикутикулярный воск, регулируя интенсивность физиологических процессов (фотосинтез, дыхание, транспирацию), способствуют адаптивной стабилизации обмена веществами и энергией между растениями и средой. Их качественные и, особенно, количественные характеристики являются информативными показателями адаптивной направленности метаболических процессов в меняющихся условиях произрастания, определяют водоудерживающие и пропускные свойства листа в зависимости от влажности внутренней и внешней среды. Синтезирование на поверхности эпидермы мощного воскового налета снижает термический эффект и характеризует ограниченное водоснабжение надземных органов растения.

Исследования морфологических особенностей листьев триплоидных иммунных к парше сортов яблони ранее не проводилось, что и определило интерес к настоящему исследованию. Сопоставление особенностей микроскульптурной организации кутикулы и эпикутикулярного воска у листьев различных сортов яблони и выявление характера наследования особенностей поверхности представляет большой теоретический и практический интерес, так как это позволит раскрыть одну из сторон экологической адаптации сортов. При этом, использование современных физических методов значительно повышает качество исследования.

Место проведения, объекты исследований

Исследования выполнены в лаборатории агроэкологии ГНУ ВНИИСПК в 2006.2008 гг. Объектами исследования служили листья однолетних побегов триплоидных, иммунных к парше сортов - Масловское, Юбиляр и диплоидного сорта Старт; триплоидных устойчивых к парше сортов яблони - Августа, Бежин луг, Дарена, Память Семакину, Низкорослое, а также их родительских форм.

Всего изучено 18 сортов яблони (Ма1ш domestica ВогШ), произрастающих в опытных садовых насаждениях ГНУ ВНИИСПК. Материал рекомендован автором сортов академиком РАСХН Седовым Е.Н.

Сорт Признак

Число клеток на 1мм2 Периметр основных клеток (мкм) Отношение длины основных клеток к ширине, (мкм) Форма основных клеток, Антиклинальные клеточные стенки Складчатость кутикулы Характер воскового слоя

неправильно четырехугольные овальные полигональные прямые прямые или слабо изогнутые извилистые мелкая складчатость крупная складчатость Незначительная складчатость равномерный кокообразный с пластинчатыми, игольчатыми или сочковыми образованиями

Летние и позднее-петние триплоидные иммунные к парше сорта и их родительские формы

Масловское (Редфри х Папировка 4х) 1114,6±3,0 94,7±12,4 1,16±0,6 + + + +

Папировка 4х 1331,3±4,0 108,1±11,2 1,96±0,5 + + + + +

Юбиляр (814 - свободное опыление) 1176,5±3,0 111,7±6,4 1,24±.0,4 + + + +

Сеянец 814 1145,5±4,0 116,5±12,4 2,12±0,5 + + +

Летние и позднее-летние триплоидные устойчивые к парше сорта и их родительские формы

Августа (Орлик х Папировка 4х) 1021,7±2,0 88,4±13,4 1,7±0,8 + + + + + +

Орлик 992,8±4,0 112,6±10,2 1,5±1,2 + + + + +

Дарена (средняя уст) (Мелба х Папировка 4х) 1671,8±5,0 79,2±0,8 1,2 ±0,8 + + + + +

Мелба 1578,9±2,0 103Д 1±2,8 1,8±0,7 + + + +

Зимние устойчивые к парше сорта и их родительские формы

Бежин луг (Северный синап х Уэлси 4х) 1021,7±4,0 79,28±1,4 1,2 ±0,6 + + + +

Северный синап 1331,3±2,0 78,3±6,4 1,1±0,6 + + + +

Уэлси 4х 1331,3±2,2 122,6±3,2 1,3±0,8 + + + + +

Память Семакину (Уэлси х 11-24-28) 1176,4±3,8 86,3±4,4 2,1±0,6 + + + +

Уэлси 1393,2±4,1 85,4±2,2 1,8±0,8 + + + + + +

11-24-28 (спонтанный триплоид) 1826,6±5,2 86,9±5,4 1,2 ±0,6 + + + + + +

Низкорослое (средняя уст) (Скрыжапель хПепин шафранный) 835,9±3,2 124,5±2,2 1,4±0,8 + + + +

Пепин шафранный 1145,5±5,0 110,4±3,6 1,2 ±0,6 + + + + +

Диплоидный зимний иммунный к парше сорт

Старт (814 х Мекинтош4х) 1764,7±4,0 86Д4±2,4 1,4±0,6 + + + + + + +

Мекинтош 4х 1517,1±3,0 75,6±3,2 1,38±0,4 + + + + +

|-0 О'' о СП

о

о

03

я

А

Н

и

а

0

5

§

>

а

а

и

3

я

1

о

03

а

о

о

03

>

а

а

ас

со

о

о

%

Сорт Признак

Число устьиц на 1мм2 Длина устьиц (мкм) Отношение длины устьиц к ширине, (мкм) Форма устьиц Расположение устьиц относительно поверхности листа Расположение тяжей Характер воскового слоя

удлиненные с заостренными краями удлиненные с овальным окончанием широко-овальные, почти округлые на уровне с поверхностью незначительно возвышаются над поверхностью вдоль всей поверхности устьиц от центральной поверхности устьиц тяжи незначительные равномерный гладкий или слабоскладчатый равномерно- складчатый равномерно- крупноскладчатый

Летние и позднее-летние триплоидные иммунные к парше сорта и их родительские формы

Масловское (Редфри х Папировка 4х) 371,6±5,4 19,7±3,6 1,54±0,2 + + + +

Папировка 4х 309,6±4,2 20,7±1,2 1,51=1=0,1 + + + +

Юбиляр (814 - свободное опыление) 371,6±2,4 26,1±1,4 1,24±.0,1 + + + +

Сеянец 814 402,5±3,6 25,6±2,4 1,5±0,2 + + + + +

Летние и позднее-летние триплоидные устойчивые к парше сорта и их родительские формы

Августа (Орлик х Папировка 4х) 402,5±4,5 17,5±3,4 1,5±0,4 + + + +

Орлик 340,6±4,0 17,3±6,2 1,5±0,5 + + + +

Дарена (средняя уст) (Мелба х Папировка 4х) 278,6±5,0 19,2±2,8 1,5±0,3 + + + +

Мелба 278,8±6,0 18,4±2,8 1,3±0,2 + + + +

Зимние триплоидные устсптивые к парше сорта и их родительские формы

Бежин луг (Северный синап х Уэлси 4х) 247,7±4,0 23,2±3,4 1,2 ±0,2 + + + +

Северный синап 309,6±2,0 20,9±4,4 1,4±0,1 + + + +

Уэлси 4х 340,6±6,2 21Д±2,2 1,5±0,1 + + + +

Память Семакину (Уэлси х 11-24-28) 464,4±3,8 18,4±4,4 1,6±0,6 + + + +

Уэлси 2х 588,2±2,0 21,4±2,2 1,3±0,1 + + + +

11-24-28 (спонтанный триплоид) 371,5±3,2 20,9±4,4 1,6±0,4 + + + +

Низкорослое (средняя уст) (Скрыжапель х Пепин шафранный) 309,6±4,2 20,2±2,2 1,5±0,4 + + + +

Пепин шафранный 340,6±3,0 17,2±2,6 1,6±0,3 + + + +

Диплоидный зимний иммунный к парше сорт

Старт (814 х Мекинтош4х) 588,2±5,0 18,4±3,4 1,4±0,4 + + + + +

Мекинтош 4х 557,3±4,0 21,6±3,2 1,7±0,3 + + + +

|-0 О'' о СП

о

о

03

я

А

Н

и

а

0

5

§

>

а

а

и

3

я

1

о

03

а

о

о

03

>

а

а

ас

о

о

%

Рисунок 1 - Разнообразие микроструктуры верхней эпидермы триплоидных и иммунных к парше сортов яблони:1, 1а - Масловское; 2, 2а - Августа; 3, 3а - Бежин луг;4, 4а - Старт

Рисунок 2 - Разнообразие микроструктуры нижней эпидермы триплоидных иммунных к парше сортов яблони: 1, 1а - Память Семакину; 2, 2а - Юбиляр; 3, 3а - Августа; 4, 4а - Масловское

Рисунок 3 - Сравнение микроструктуры верхней и нижней эпидермы сортов яблони: 1, 1а - Старт (814 х Ме-кинтош4х) ; 2, 2а - 814; 3, 3а - Мекинтош4х; 4, 4а - Бежин луг (Северный синап х Уэлси 4х), 5,5а - Синап северный; 6, 6а -Уэлси 4х; 7, 7а - Дарена (Мелба х Папировка 4х); 8,8а - Мелба 2х; 9, 9а - Папировка 4х.

Методика исследования

Полностью сформированные листья (в конце июля - середине августа) отбирали по периметру кроны на высоте 2.2,5м из средней части однолетнего побега.

Исследовали участок листовой пластинки, расположенный между краем листа и центральной жилкой. Кусочки листа размером 5 х 5мм вырезали из средней трети листовой пластинки и наклеивали на специальную подложку, помещенную на объектный столик сканирующего электронного микроскопа JEOL 6390. Эпидерму изучали на обеих сторонах листа.

Сравнительно-морфологическое изучение эпидермальных клеток и устьичного аппарата проводили в режиме низкого вакуума (Р = 60 Па) на увеличениях 700 и 2700 - при исследовании адаксиальной поверхности листа, и 700 и 3000 - при исследовании абакси-альной поверхности. Измерения количества и периметра клеток, размера устьиц проводились в 100-кратной повторности (не менее чем в 10 полях микроскопа) с подсчетом средней величины.

При описании использована терминология, принятая в работах Барановой (1985) и Мирославова (1974).

Результаты исследований

Микроскульптура поверхности листа показывает степень специализации вида, позволяет судить о его происхождении, оценить адаптивные возможности.

На основании морфологических типов классификации устьичных комплексов устьица яблони отнесены к анамоцитному типу. Устьица расположены на нижней стороне листа (гипостоматический лист).

Клетки верхней эпидермы в основном неправильно-четырехугольной или овальной формы, удлиненные, с прямыми или слабо изогнутыми антиклинальными стенками. Число клеток верхнего эпидермиса иммунных к парше сортов в основном составляет 1021,7.1331,3 на мм2. Крупными клетками характеризуется сорт Низкорослое (835,9) и мелкими сорта Дарена и Старт - 1671,8 и 1764,7 на мм2 соответственно, таблица 1. Контуры клеток слабо или едва видны из-за плотного слоя кутикулярного воска, имеющего в основном складчатую форму, рисунок 1. Для всех иммунных к парше сортов характерен равномерный восковой слой и крупная складчатость адаксиальной стороны листа.

Клетки нижней эпидермы просматриваются слабо или не просматриваются из-за слоя воска и равномерной или крупной складчатости, которая наиболее выражена у иммунных сортов (Юбиляр, Бежин луг, Память Семакину, Низкорослое, Старт, Масловское, Августа). Устьица аномоцитного типа, в основном удлиненные, с хорошо выраженными побочными эпидермальными клетками, которые также покрыты слоем воска и плотно прикрывают устьичную щель, рисунок 2 (на увеличении 3000 это хорошо просматривается). Наибольшее количество устьиц обнаружено у сортов Августа, Память Семакину и Старт - 464,4 402,5 и 588,2 на мм2, остальные триплоидные сорта имеют от 247,7 до 371,6 устьиц на мм2. Длина устьиц в среднем в полтора раза превышает ширину, таблица 2.

При сопоставлении параметров верхней и нижней эпидермы листа триплоидных сортов и их родительских форм прослеживается большое сходство, что косвенно указывает на их родство (рисунок З).

Выводы

Результаты ультраструктурных исследований верхней и нижней эпидермы листьев триплоидных иммунных к парше сортов яблони дополняют их морфологические характеристики, а представленный материал свидетельствует о сортовых различиях эпидермальных структур листа и о наследовании признаков строения эпидермы. Это может учитываться при паспортизации и идентификации сортов, установлении генетического родства, решении вопросов систематики.

Литература

1. Баранова М.А. Классификация морфологических типов устьиц / М.Ф. Баранова // Ботанический журнал. -1985. - T.7Q. - №12. - С.1585-1595.

2. Баханова М.В. Особенности анатомического строения и содержания хлорофилла в листьях перспективных сортов яблони в связи с условиями обитания / М. В. Баханова // Электронный журнал «Исследовано в России». -2QQ5/Q2. - С.224-2ЗЗ.

3. Данилова М.Ф., Ультраструктура устьиц и новерх-ности листа Popilus deltoiles (Salicaceae) при воздействии SO2 / М.Ф. Данилова, И.М. Кравкина, Р.Е. Крэнг, Д. Печак // Ботанический журнал. - 1987. - Т.72. - №9. -С. 1187-1192.

4. Зверева Г.К. Особенности структуры мезофилла листьев хлебных злаков / Г.К. Зверева // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2Q1Q. - №З (б5). - С.б2-б7.

5. Кравкина И.М. Ультраструктура и формирование кутикулы листа некоторых представителей семейства Fabaceaе, произрастающих в различных экологических условиях: автореф. дис... канд. биол.наук. - Л., 1979. - 28с.

6. Кудрявцева Т.В. Влияние выбросов комбината «Североникель» на анатомическое строение листьев Vaccinium vitis-idaea / Т.В. Кудрявцева, Е.Д. Балаганская, А.Т. Беляевский // Тр. междун. конф. но анатомии и морфологии. - СПб., 1997. - С. 27б.

7. Мирославов Е.А. Структура растений Заполярья / Е.А. Мирославов, Е.В. Вознесенская, Н.К. Котеева // Бота-нич. журнал. - 1998. - Т. 8З. - №11. -С.74-82.

8. Мирославов Е.А., Структура и функция эпидермиса листа покрытосеменных растений / Е.А. Мирославов. -Л., 1974. - 12Q с.

9. Седов Е.Н. Результаты селекции иммунных к парше триплоидных сортов яблони / Е.Н. Седов [и др.] // Вестник ВОГиС. - 2QQ9. - Т.1З. - № 4. -С.785-792.

1Q. Чернышев В.Д. Принципы адаптации живых организмов (экологический аспект) / В.Д. Чернышев - ГТС. Владивосток. - 199б. - С. 278^5Q.

11. Reed D.W. Ligt intensity and temperature effects on epicuticular wax morphology and internal cuticle ultrastrukture of Carnation fnd Brassels sprouts leaf cuniecles / D.W. Reed, H.B. Tukey // J. Amer. Soc. Hort. Sci. - 1982. - Vol. 1Q7. - КЗ. - P.417-42Q.

12. Turunen M. Acid-rain-induced changes in cuticles and Ca distribution in scjts pine and Norway spruce / M.Turunen, S. Huttunen, J.Back, J.Lamppu // Can. J. Forest Res. - 1995. -Vol.25. - N.8. - Р.1З1З-1З25.