Modern Phytomorphology, Vol. 3, 2013 by Андрій Новіков

MODERN PHYTOMORPHOLOGY ISSN 2226-3063 e-ISSN 2227-9555

Volume 3

2013

A SOCIAL NETWORKING TOOL TO BUILD, SHARE AND PUBLISH INFORMATION ON THE DIVERSITY OF LIFE

Scratchpads in a nutshell: • • • • • • •

Scratchpads are an easy and effective way to publish your data online. Create your own website to connect, work with and share your data. Build a virtual community based on your research field. Contribute to biodiversity knowledge. Link and share your structured data to make them widely accessible. Prepare a paper with colleagues, build a bibliographic database or create a reference collection of images and observations. Create a private space within your site and control access and editing rights while you develop your work.

Scratchpads provide the necessary tools to allow you to mobilize and link your biodiversity data. Import and link data from multiple biodiversity resources and allow your data to be re-used with attribution in global biodiversity initiatives like the Encyclopedia of Life and GBIF. Anyone who uses your data will cite you for your contribution. Signing up for a Scratchpad is free, quick and simple! No knowledge of website creation is required and your site can cover any aspect of natural history: a taxonomic group, a geographical area, a club or society, a journal, etc. Currently Scratchpads are supported financially by the following projects and organisations: ViBRANT (http:// vbrant. eu/), eMonocot project (http://www.e‑monocot.org/) and the Natural History Museum London (http://www.nhm.ac.uk/). Visit http://scratchpads.eu/ to explore or to get a site.

СУЧАСНА ФIТОМОРФОЛОГIЯ

3 2013

Головний редактор: Заступник редактора: Відповідальний секретар:

Тасєнкевич Л.О. Кондратюк С.Я. Новiков А.В.

Львівський національний університет імені Івана Франка Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України Державний природознавчий музей НАН України

Редакційна колегія: Берко Й.М. Буджак В.В. Бухтiярова Л.М. Данилюк К.М. Дероа T. Ебервайн Р. Калiнович Н.О. Климишин О.С. Корженевський В.В. Коженяк Й. Лобачевська О.В. Лях А.М. Мамчур З.I. Мiтка Ю. Одінцова А.В. Осташ Б.О. Перуцці Л. Савiних Н.П. Терек О.І. Т’єзі А. Федоренко В.О. Царик Й.В. Чернобай Ю.М. Чорней I.I. Шипунов О.Б. Шевченко С.В. Щепанек К.

Львівський національний університет ветеринарної медицини та біотехнологій ім. С.З. Ґжицького Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України Державний природознавчий музей НАН України Національний природознавий музей, Париж, Франція Ботанічний центр Карінтії, Клягенфурт-на-Вьортер-Зе, Австрія Львівський національний університет імені Івана Франка Державний природознавчий музей НАН України Нікітський ботанічний сад – Національний науковий центр Інститут охорони природи ПАН, Краків, Польща Інститут екології Карпат НАН України Інститут біології південних морів ім. О.О. Ковалевського НАН України Львівський національний університет імені Івана Франка Інститут ботаніки ПАН, Краків, Польща Львівський національний університет імені Івана Франка Львівський національний університет імені Івана Франка Університет Пізи, Піза, Італія Вятський державний університет, Кіров, Росія Львівський національний університет імені Івана Франка Університет Тусції, Вітербо, Італія Львівський національний університет імені Івана Франка Львівський національний університет імені Івана Франка Державний природознавчий музей НАН України Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича Державний університет Майнота, Майнот, США Нікітський ботанічний сад – Національний науковий центр Інститут ботаніки ПАН, Краків, Польща

Сучасна Фітоморфологія: Матеріали 2-ї міжнародної наукової конференції з морфології рослин (Львів, 14-16 травня 2013 р.). – Львів, 2013. – Т. 3. – 324 с. Індексується у базах даних CABI, CaRLO, DOAJ, DRJI, EBSCO, E-journals, EZB, Google Scholar, IPNI, WorldCat. www.phytomorphology.org © Сучасна Фітоморфологія Технічний редактор Верстка Дизайн Фото обкладинки

Новіков А.В. Новіков А.В. Новікова-Суп М.Р., Новіков А.В. Crocus heuffelianus на Чорногорі; © Новіков А.В.

MODERN PHYTOMORPHOLOGY

3 2013

Ivan Franko National University of Lviv, Lviv, Ukraine M.G. Kholodny Institute of Botany NASU, Kyiv, Ukraine State Natural History Museum NASU, Lviv, Ukraine

Editor-in-Chief Editorial Assistant Executive Editor

Tasenkevich L.O. Kondratyuk S.Ya. Novikoff A.V.

Editorial Board Berko Yo.N. Budzhak V.V. Bukhtiyarova L.N. Danyluk K.N. Deroin T. Eberwein R. Kalinovych N.O. Klymyshyn A.S. Korzhenevsky V.V. Korzeniak J. Lobachevska О.V. Lyakh A.M. Mamchur Z.I. Mitka J. Odintsova A.V. Ostash B.O. Peruzzi L. Savinykh N.P. Terek O.I. Tiezzi A. Fedorenko V.A. Tsaryk Yo.V. Chernobay Yu.M. Chornej I.I. Shipunov A. Shevchenko S.V. Szczepanek K.

S.Z. Gzhytskyj Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies, Lviv, Ukraine Yuriy Fedkovich Chernivtsi National University, Chernivtsi, Ukraine M.G. Kholodny Institute of Botany NASU, Kyiv, Ukraine State Natural History Museum NASU, Lviv, Ukraine National Museum of Natural History, Paris, France Carinthian Botanic Center, Klagenfurt am Woerthersee, Austria Ivan Franko National University of Lviv, Lviv, Ukraine State Natural History Museum NASU, Lviv, Ukraine Nikitsky Botanical Gardens – National Scientific Centre,Yalta, Ukraine Institute for Nature Conservation PAS, Cracow, Poland Institute of Ecology of the Carpathians of NAS of Ukraine, Lviv, Ukraine A.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas NASU, Sevastopol, Ukraine Ivan Franko National University of Lviv, Lviv, Ukraine Institute of Botany PAS, Cracow, Poland Ivan Franko National University of Lviv, Lviv, Ukraine Ivan Franko National University of Lviv, Lviv, Ukraine University of Pisa, Pisa, Italy Vyatka State University, Kirov, Russia Ivan Franko National University of Lviv, Lviv, Ukraine Tuscia University, Viterbo, Italy Ivan Franko National University of Lviv, Lviv, Ukraine Ivan Franko National University of Lviv, Lviv, Ukraine State Natural History Museum NASU, Lviv, Ukraine Yuriy Fedkovich Chernivtsi National University, Chernivtsi, Ukraine Minot State University, Minot, USA Nikitsky Botanical Gardens – National Scientific Centre,Yalta, Ukraine Institute of Botany PAS, Cracow, Poland

Modern Phytomorphology. 2nd International Scientific Conference on Plant Morphology (14-16 May 2013, Lviv, Ukraine). – Lviv, 2013. – Vol. 3. – 324 p. Indexed in CABI, CaRLO, DOAJ, DRJI, EBSCO, E-journals, EZB, Google Scholar, IPNI, WorldCat. www.phytomorphology.org © Modern Phytomorphology Technical Editor Layout Design Cover photo

Novikoff A.V. Novikoff A.V. Novikoff-Supp M.R., Novikoff A.V. Crocus heuffelianus in Chornohora Mts., Ukraine; © Novikoff A.V.

Contents Зміст Содержание Mitka J., Boroń P., Sutkowska A. Holocene history of Aconitum in the Polish Western Carpathians and adjacent regions: long-distance migrations or cryptic refugia?.....................9 Sołtys-Lelek A., Barabasz-Krasny B., Turis P., Turisová I. The genus Crataegus L. in the western part of the buffer zone of the Low Tatras National Park (Slovakia), in accordance with recent morphological and systematic recognition..........................................1 9 Dinç M., Doğu S. Anatomical characteristics of Turkish steno-endemic Origanum leptocladum Boiss. (Lamiaceae).........................................................................................................2 5 Doğu S., Dinç M. Anatomical characteristics of Muscari vuralii Y. Bağcı & Doğu (Hyacinthaceae)...................................................................................................................................2 9 Musiał K., Kościńska-Pająk M. Ovules anatomy of selected apomictic taxa from Asteraceae family..................................................................................................................................3 5 Majumdar K., Datta B.K. Fruit and seed discoveries in Stichoneuron membranaceum Hook. f. (Stemonaceae): an endemic to Indo-Myanmar.............................................................................3 9 Grygorieva O., Brindza J., Ostrovský R., Klymenko S., Grabovetska O. Pollen characteristics in some Diospyros species........................................................................................4 5 Puła J., Stokłosa A. Analysis of the aboveground and roots biomass of redroot pigweed (Amaranthus retroflexus L.) depending on plant density.............................................................5 1 Jarosz Z., Dzida K., Pitura K., Konopińska J. The possibility of using 5-aminolevulinic acid in lead phytoextraction process................................................................................................5 7 Dzida K., Jarosz Z., Pitura K. Changes in the content of total nitrogen and mineral nitrogen in the basil herb depending on the cultivar and nitrogen nutrition...........................6 3 Laskowska H., Pogroszewska E., Parzymies M. The effect of flurprimidol on Allium rosenbachianum Reg. forced in pots.....................................................................................6 9 Kozak D., Parzymies M., Dąbski M. The influence of medium solidifying agents and double‑phase medium on the growth and development of Cosmos atrosanguineus (Hook.) Voss in vitro............................................................................................................................7 3 Pitura K., Michałojć Z., Dzida K., Jarosz Z. The effect of fertilization with different rates of potassium and calcium carbonate on yield, vitamin C content, and salt concentration in the medium of stalk celery..................................................................................7 7 Rożek E. Yielding of leaf celery Apium graveolens L. var. secalinum Alef. depending on the number of harvests and irrigation.....................................................................................................8 3 Denisow B., Wrzesień M. The selected taxa valuable as food for insect visitors in agricultural landscape of Jastków, SE Poland..................................................................................8 7 Najda A., Buczkowska H. Morphological and chemical characteristics of fruits of selected Rosa sp.....................................................................................................................................9 9 Najda A., Łabuda H. Content of phenolic compounds and antioxidant properties of fruits of selected orchard shrub species................................................................................................... 105

Janiuk M., Najda A., Gantner M., Błażewicz‑Woźniak M. Chemical variability and antioxidant activity of the leaves of chosen highbush blueberry (Vaccinium corymbosum L.) cultivars.................................................................................................................. 111 Nurzyńska-Wierdak R. Morphological and chemical variability of Ocimum basilicum L. (Lamiaceae)........................................................................................................................................ 115 Konopiński M., Żuber S. Response of raspberry (Rubus idaeus L.) on soil mulching and foliar nutrition with manganese..................................................................................................... 119 Gruszecki R., Sałata A. Effect of sowing date on biometrical features of Hamburg parsley plants...................................................................................................................................... 125 Fiala R., L. Kenderešová L., Syshchykov D.V., Martinka M., Repka V., Pavlovkin J., Čiamporová M. Comparison of root growth and morphological responses to Cadmium and Nickel in two maize cultivars....................................................... 131 Савиных Н. Модульная организация цветковых растений и ее последствия......................... 139 Savinykh N. Modular organization of flowering plants and its implications................................. 139 Журавлёва И. Цветорасположение Solanum dulcamara L. (Solanaceae)................................... 147 Zhuravlyeva I. Flowerlocation in Solanum dulcamara L. (Solanaceae)........................................ 147 Щербакова О.Ф., Калистая М.С. Поливариантность архитектурной модели Crambe koktebelica ( Junge) N. Busch........................................................................................................... 153 Scherbakova O.F., Kalistaya M.S. Polyvariant architectural model of Crambe koktebelica ( Junge) N. Busch shoot system...................................................................................................... 153 Савинов И.А. Некоторые особенности морфогенеза соцветий в роде Brexia Noronha ex Thouars (Celastraceae)............................................................................................................... 161 Savinov I.A. Some peculiarities of inflorescences morphogenesis in Brexia (Celastraceae)........................................................................................................................161 Тетерюк Б.Ю. Биоморфологическая структура флоры водоёмов бассейна реки Вычегда........................................................................................................................................ 167 Teteryuk B.Yu. Biomorphological structure of the flora of Vychegda River water basin.......... 167 Шевченко С.В. Некоторые особенности эмбриологии Glaucium flavum Crantz (Papaveraceae)................................................................................................................................... 177 Shevchenko S.V. Some features of Glaucium flavum Crantz (Papaveraceae) embryology........ 177 Кузьмина Т.Н. Генезис семязачатка и женского гаметофита Hemerocallis ×hybrida Hort. ex Bergmans (Hemerocallidaceae)................................................................................................ 183 Kuzmina T.N. The genesis of ovule and female gametophyte in Hemerocallis ×hybrida Hort. ex Bergmans (Hemerocallidaceae)................................................................................................ 183 Цымбалюк З.Н. Сравнительное палиноморфологическое исследование представителей трибы Antirrhineae Dumort. (Veronicaceae Durande)............................ 189 Tsymbalyuk Z.M. Comparative palynomorphological investigation of the representatives tribe Antirrhineae Dumort. (Veronicaceae Durande)............................................................... 189 Шабалкина С. Особенности анатомического строения некоторых органов Rorippa palustris (L.) Bess. (Cruciferae)...................................................................................... 195 Shabalkina S. The peculiarities of anatomical organization of some organs in Rorippa palustris (L.) Bess. (Cruciferae)...................................................................................... 195

Калинкина В.А. Морфо-биологические особенности проростков некоторых видов рода Trifolium L................................................................................................................................. 201 Kalinkina V.A. Morphological and biological features of seedlings of some Trifolium species.. 201 Попова И.А., Плаксина Т.И., Рыжов В.М., Тарасенко Л.В. Новое в диагностике краснокнижных видов растений рода Hedysarum.........................................................................207 Popova I., Plaksina T., Ryzhov V., Tarasenko L. The novelties in diagnostic of redlist plants from the genus Hedysarum............................................................................................................207 Лях А.М. Модель распределения ареол и площадь поверхности пор, расположенных на створках центричных диатомовых водорослей из родов Coscinodiscus Ehr. и Thalassiosira Cl.................................................................................................................................. 213 Lyakh A.M. The model of areolae distribution and surface area of pores located on the valves of centric diatoms Coscinodiscus Ehr. and Thalassiosira Cl............................................ 213 Кондратюк С.Я. Роди ксанторіоїдних лишайників (Teloschistaceae, Ascomycota), що мають підтримку за молекулярно-філогенетичними даними (склад, таблиця визначення, положення)................................................................................................................ 219 Kondratyuk S.Y. Genera of xanthorioid lichens (Teloschistaceae, Ascomycota) supported by molecular phylogeny (list, key to identification, position)................................................. 219 Кондратюк Т.О. Чорні дріжджеподібні гриби Exophiala alcalophila Goto et Sugly із пошкодженого герметика в умовах високої вологості приміщень.................................... 225 Kondratyuk T. Black yeast-like fungi Exophiala alcalophila Goto et Sugly from hermetic damaged in conditions of indoor high humidity........................................................................ 225 Бухтіярова Л.М. Морфологічні особливості нових для України Bacillariophyta з гідротопів Правобережного Лісостепу. II. Види Gomphonema Ehrenb............................ 231 Bukhtiyarova L.N. Morphology of new for Ukrane Bacillariophyta from the hydrotopes of Right-Bank Forest-Steepe. II. Species of Gomphonema Ehrenb.......................................... 231 Скрипець Х.І., Одінцова А.В. Морфологія та васкулярна анатомія гінецея Gladiolus ×hybridus C. Morren hort. (Iridaceae Juss.)................................................................................. 241 Skrypec C.I., Odintsova A.V. Gynoecium morphology and vascular anatomy in Gladiolus ×hybridus C. Morren hort. (Iridaceae Juss.)................................................................................. 241 Фіщук О.С., Одінцова А.В. Мікроморфологія та васкулатура гінецея Sansevieria hyacinthoides (L.) Druce (Asparagaceae Juss.)............................................................................ 245 Fishchuk O.S., Odintsova A.V. Gynoecium micromorphology and vasculature іn Sansevieria hyacinthoides (L.) Druce (Asparagaceae Juss.)....................................................... 245 Перегрим О.М., Футорна О.А. Морфологія насінин видів секції Edentulae Benth. роду Pedicularis L. (Orobanchaceae Vent.) Східної Європи.................................................. 249 Peregrym O.M., Futorna O.A. Seed morphology of section Edentulae Benth. of the genus Pedicularis L. (Orobanchaceae Vent.) in the Eastern Europe....................................... 249 Данилюк К.М. Рід Pedicularis L. (Orobanchaceae) в Українських Карпат: ключ для визначення......................................................................................................................................... 255 Danylyuk K. Genus Pedicularis L. (Orobanchaceae) in the Ukrainian Carpathians: the key for identification................................................................................................................................ 255 Недуха О.М. Структурні особливості клітинних оболонок листків Sagittaria sagittifolia L. та Trapa natans L....................................................................................................... 259 Nedukha O.M. Structural features of the cell walls in the leaves of Sagittaria sаgittifolia L. and Trapa natans L............................................................................................................................ 259

Яценко М.В., Футорна О.А., Баданіна В.А. Структура поверхні листків видів підроду Sedum роду Sedum L.(Crassulaceae DC.) колекції захищеного ґрунту Ботанічного саду ім. акад. О.В. Фоміна...................................................................................... 267 Yatsenko M.V., Futorna O.A., Badanina V.A. The leaf surface strucure of the species from the subgenus Sedum of the genus Sedum L. (Crassulaceae DC.) from the protected soil collections of A.V. Fomin Botanical Garden...................................................... 267 Жигалова С.Л., Футорна О.А. Особливості мікроморфологічної будови Gladiolus imbricatus L. (Iridaceae Juss.)......................................................................................................... 273 Zhygalova S.V., Futorna O.A. The micromorphological features of Gladiolus imbricatus L. (Iridaceae Juss.)......................................................................................................... 273 Павленко-Баришева В.С. Структура поверхні листків видів секцій Prealtina (Gremli) Schljak. та Echinina (Naeg. et Peter) Schljak роду Pilosella Vaill. флори Криму............ 281 Pavlenko-Barysheva V.S. The structure of the leaf surface in species from the sections Prealtina (Gremli) Schljak. and Echinina (Naeg. et Peter) Schljak from the genus Pilosella Vaill. in flora of Crimea............................................................................................... 281 Гиренко О.Г. Мікроморфологія поверхні листка видів роду Coelogyne Lindl. (Orchidaceae Juss.) за умов оранжерейної культури............................................................. 287 Gyrenko A.G. Micromorphology of leaf surface of Coelogyne Lindl. species (Orchidaceae Juss.) in greenhouse conditions...................................................................................................... 287 Буюн Л.І. Адаптивні зміни поверхні листка тропічної орхідеї Cattleya gaskelliana (N.E.Br.) B.S. Williams при зміні умов культивування (in vitro → ex vitro)........................ 293 Buyun L.I. Adaptative changes of leaf surface of tropical orchid Cattleya gaskelliana (N.E.Br.) B.S. Williams after transferring from in vitro to ex vitro conditions......................................... 293 Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів........................ 297 Novikoff A.V. Ranunculaceae of the Western Ukraine. І. Identification key................................ 297

Modern Phytomorphology 3: 7, 2013

СЕРДЕЧНО ВІТАЄМО ЛІДІЮ ОЛЕКСІЇВНУ ТАСЄНКЕВИЧ З ЮВІЛЕЄМ! Видатному вченому, блискучому педагогу, доктору біологічних наук, професору, завідувачу кафедри ботаніки Львівського національного університету імені Івана Франка Лідії Олексіївні Тасєнкевич цього року виповнилось 65 років. Її видатні наукові досягнення у галузі флористики, фітоценології, фітогеографії, охорони фіторізноманіття стали неоціненним внеском до скарбниці української та європейської науки. За роки наукової та педагогічної діяльності, Лідія Олексіївна відзначилася як чуйний та доброзичливий наставник, освічений та висококваліфікований спеціаліст, вимогливий і розсудливий керівник, талановитий і плідний вчений. ЇЇ безмежна відданість справі, цілеспрямованість та працелюбність викликають

захоплення і глибоку повагу не лише в українських дослідників, але й у колег з інших країн. Дорога Лідіє Олексіївно! Від усього серця зичимо Вам міцного здоров’я, сімейного благополуччя, щастя та нових творчих злетів і здобутків, бажаємо й надалі зберегти невичерпну енергію новаторського пошуку, висоту стремлінь і притаманний Вам високий професіоналізм. Нехай здійсняться усі Ваші задуми і сподівання! К. Данилюк, А. Новіков

Distributed European School of Taxonomy

TRAINING THE NEXT GENERATION OF TAXONOMISTS THE DISTRIBUTED EUROPEAN SCHOOL OF TAXONOMY The Distributed European School of Taxonomy (DEST) originally funded by the EC in the framework of the EDIT project, offers high-quality education to future taxonomists, and is currently managed by the Royal Belgian Institute of Natural Sciences Brussels. Two types of training courses are provided at various European research facilities and universities. The programme is open to participants from both inside and outside of Europe. The Modern Taxonomy programme offers intensive theoretical courses in subjects as varied as nomenclature, biodiversity description, phylogenetic systematics and managing natural history collections. More info on the 2012-2013 programme: http:// taxonomytraining.eu/content/modern-taxonomy-course-programme-2012-2013 The Expert-in-training programme 2012-2013 enables graduate students and early career researchers to develop and sharpen their practical, taxonomical skills by means of an ‘on-the-job’ training. The programme encompasses a great diversity of subjects, from diatoms and fruit flies to tropical plants. During the internship, the practical exploration of morphological and molecular techniques, bio-informatics and other taxonomical research skills are emphasized. More info on the 2012-2013 programme: http://taxonomytraining.eu/content/expert-training-programme-2012-2013 For both 2012-2013 programmes, DEST has been offering a number of grants to help defray expenses associated with course attendance, travel and accommodation. In allocating grants, priority is given to selected participants coming from economically lessfavoured regions. New training providers are most welcome to participate in training delivery within the Distributed European School of Taxonomy. For more information have a look at: http:// taxonomytraining.eu/content/interested-training-delivery For more information on the soon to be announced 2013-2014 programme, please visit the DEST website at: http:// taxonomytraining.eu

Coordination: Dr Isabella Van de Velde Dr Hendrik Gheerardyn

dest-training@naturalsciences.be Royal Belgian Institute of Natural Sciences Vautierstraat 29, B-1000 Brussels, Belgium http://www.naturalsciences.be

Modern Phytomorphology 3: 9–18, 2013

HOLOCENE HISTORY OF ACONITUM IN THE POLISH WESTERN CARPATHIANS AND ADJACENT REGIONS: LONG-DISTANCE MIGRATIONS OR CRYPTIC REFUGIA? Józef Mitka 1, Piotr Boroń 2, Agnieszka Sutkowska 3 Abstract. Aconitum lasiocarpum (Rchb.) Gáyer and A. variegatum L. are forest species with overlapped geographical ranges in the Beskid Niski and Doły Jasielsko-Sanockie Depression (W. Carpathians). They form here a hybrid zone. The cytogenetic evidences based on the Giemsa C-banding in A. variegatum showed the same cytotype in the Silesian Upland and the Moravskoslezské Beskids, pointing to the role of the Moravian Gate in the migrations of plants from the Moravian glacial forest refugium. Another linked the Małopolska Upland (Ojców) with the two Carpathian regions, including the Pieniny Mts. The result points to the two hypothesis. Firstly, there existed glacial forest cryptic refugia in both regions, or the Małopolska’s population is secondary in relation to the Pieniny Mts. ISSR analysis of A. moldavicum showed relationships between one of the Małopolska’s population and the Podolian populations. The Holocene migrations of the species from the Beskid Niski to the Małopolska region were also probable. The refugial character of the Pieniny Mts. was corroborated by their close relation to the relictual populations of A. moldavicum Hacq. from the Nizke Tatry. Key words: Aconitum lasiocarpum, Aconitum moldavicum, Aconitum variegatum, C-banding, Central Europe, cryptic forest refugia, hybrid zone, PCR-ISSR Botanical Garden, Jagiellonian University, 27 Kopernika, 31-501 Kraków, Poland; j.mitka@uj.edu.pl Department of Forest Phytopathology, Agricultural University, 46 Al. 29 Listopada, 31- 425 Kraków, Poland 3 Department of Plant Breeding and Seed Science, Agricultural University, 24 Łobzowska, 31-140 Kraków, Poland 1 2

Introduction The Quaternary glaciations are believed as an important period for genetic diversification and speciation (Willis & Niklas 2004). At that time the repeated redistribution and isolation of plant and animal species took place, resulting in the origin of cryptic glacial refugia (Stewart & Lister 2001), hybrid zones (Hewitt 2001), and increased rate of microevolutionary events (Kadereit et al. 2004), linked with the founder effect, genetic drift (Boroń et al. 2011), and isolation by distance (Wright 1943). The microevolutionary processes in some highalpine plants did not take place, as originally assumed, in geographical isolation in highaltitude interglacial refugia, but rather at low altitudes in geographically isolated glacial refugia (Kadereit et al. 2004). Pollen records give evidences on the existence of the European forest “classical” long-term glacial refugia during the last © The Author(s), 2013

glacial period in the Near East and the three southern peninsulas of Europe: Balkan, Italian and Iberian (Willis & Niklas 2004; Bennet & Provan 2008). In recent years it is observed a growing body of literature dealt with the responses of terrestrial plants to the climatic oscillations of the Quaternary in the Northern Hemisphere mid-altitude regions. The most interesting biogeographical problem is the existence of so called cryptic refugia encompassed small environmental packets of boreal-temperate trees and herbaceous plants that have survived the last full-glacial period in Central and Eastern Europe. There are now at least 35 localities in Central and Eastern Europe containing evidence from macrofossil wood charcoal assemblages indicative of at least 17 different tree taxa, including some deciduous species as Alnus and Fagus that could thrive the last pleniglacial in cryptic “northern” refugia (Willis & van Andel 2004; Magri et al. 2006). They were placed in favorable sites

Modern Phytomorphology 3 (2013)

among a mosaic of geoecosystems, including enclaves of vegetation in the periglacial climate of the full-glacial period (Starkel 1988). The other consequence of the expansion and contraction cycles is the origin of contact zones where could meet otherwise isolated species or populations after a postglacial expansion (Stebbins 1985; Taberlet et al. 1998; Hewitt 2001). Such an event can be a clue to the formation of the hybrid taxon. In that way probably originated an Eastern-Sudetic endemic Aconitum plicatum Koehler ex Rchb. subsp. sudeticum Mitka, that could have joined the genetic stocks of the Carpathian A. firmum Rchb. and the Sudetic A. plicatum during one of the glacial periods (Mitka et al. 2007; Mitka 2012). The aim of the present paper is to overview, based on the studies carried out on the genus Aconitum in recent years (Mitka & Kozioł 2009; Ilnicki et al. 2011; Sutkowska et al., in print), some facts and hypothesis dealt with the postglacial history of some species of the genus in the Western Carpathians. The examples encompass problems of the existence of the cryptic refugia (A. moldavicum Hacq., A. variegatum L.) and the natural hybrid zone (A. ×pawlowskii Mitka & Starmühl.) in the Western Carpathians and their northern forelands. Aconitum moldavicum Hacq. Aconitum moldavicum is a montane species subendemic to the Carpathians, descending to the lowlands (Szafer 1930). Nowadays, it is circumscribed within the two subspecies: typical subsp. moldavicum and subsp. hosteanum (Schur) Anderson & Graebn. Recent taxonomical studies revealed that the two subspecies and their spontaneous hybrid A. m. subsp. hosteanum × A. m. subsp. moldavicum occur in the lowlands in Poland, including the Małopolska Upland (Mitka & Kozioł 2009). Subsp. hosteanum seems to have the center of occurrence on Podolia in the Ukraine, whereas subsp. moldavicum in the southern part of the Western Beskidy, i.e. in Slovakia. Such a pattern suggests that the

Małopolska Upland’s part of the geographical range of the species originated as an effect of the probable meeting of two migrational elements: the southern (subsp. moldavicum) and southeastern (subsp. hosteanum). The time of the presumed meeting is unknown, however taking into consideration a limited dispersal capacity of A. moldavicum it could not have happened in the Holocene since the rebuilding of forests in the type of present oak-hornbeam forest Tilio-Carpinetum in southern Poland, being the main site of the species, was accomplished c. 4000 years BP (Ralska-Jasiewiczowa et al. 2004). It seems period too short for re-establishment of subsp. hosteanum in the Małopolska Upland from the putative Eastern Carpathian – Podolian refugium (Mitka 2008). The alternative hypothesis is that A. moldavicum s.l. have persisted the last glaciation in some of the cryptic refugia in the Western Carpathians and/or in the Małopolska Upland. To check the hypothesis a pilot investigations on the genetic structure of the species based on PCR-ISSR analysis were carried out. A. moldavicum under study originated from the four geographical regions: the Małopolska Upland, Beskid Niski (Western Carpathians), Bieszczady Zachodnie (Eastern Carpathians), Slovakian Western Carpathians, and Podolia (Ukraine). In the effect of classification, the Małopolska Upland joined both with the Beskid Niski Mts., as well as Podolia (Fig. 1). The Slovak populations formed a distinct group, to which was attached the population from the Polish Pieniny Mts. (Mt. Wysoka). Aconitum variegatum L. Aconitum variegatum occurs in Western, Central and Southern Europe in the lowlands and in the mountains; for example, in the Tatra Mts. it has been found up to ca. 1700 m a.s.l. Generally, it is a forest species growing on the lowlands in wet broadleaved forest and thickets, along torrents and rivers; in mountains in the montane alderwood Alnetum incanae and in tall-herb community Arunco-Doronicetum (Mitka 2003). It prefers moderately wet soils with addition of the calcium carbonate. The

Mitka J., Boroń P., Sutkowska A. Holocene history of Aconitum in W. Carpathians

Fig. 1. a – Classification UPGMA (PHYLIP, Felsenstein 2006) of 221 individuals Aconitum moldavium in W. Carpathians and Podolia based on 473 ISSR bands; b – unrooted Neighbour Joining of 31 populations based on the Fst distance (ARLEQUIN ver. 3.0, Excoffier et al. 2005).

centre of occurrence of subsp. variegatum in Central Europe is in the Western Carpathians, where it has an eastern limit of the geographical distribution in the Beskid Niski (Fig. 3 b). The UPGMA based on the Reynold’s genetic distances revealed the four groups of C-banding pattern, called hereafter Cytotypes

(Ilnicki et al. 2011). The Cytotype I, moderately supported with 49.3%, was found in two Western Carpathians populations: in the Moravskozlezské Beskids (Czech Republic) and the Silesian Beskid (Poland) (Fig. 2). The Cytotype II, moderately supported with 56.6%, encompasses the one Polish Upland’s

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Fig. 2. Distribution of the four C-Giemsa heterochromatine Cytotypes I-IV and the two groups (A and B) based on ISSR analysis and UPGMA classification of Aconitum variegatum sampled in the Western Carpathians, Sudetes Mts. and Polish Uplands (Ilnicki et al. 2011): 1 – Dąbrowa Górnicza, Silesian Upland; 2 – Bytom-Blachówka, Silesian Upland; 3 – Podolanky, Moravskoslezské Beskid Mts., W. Carpathians; 4 – Súlov, Stražovské vrchy Mts., W. Carpathians; 5 – Ojców, Małopolska Upland; 6 – Rzeki, Gorce Mts., W. Carpathians; 7 – Mt. Wysoka, Pieniny Mts., W. Carpathians; 8 – Mt. Kornuty, Beskid Niski Mts., W. Carpathians; 9 – Dolina Kościeliska Valley, Tatra Mts., W. Carpathians; 10 – Velký Kotel, Hruby Jeseník Mts., E. Sudetes.

population (Ojców) and the two W. Carpathian’s populations form the Gorce and Pieniny Mts. The Cytotype III was found only in the Sudetes Mts. The Cytotype IV was the most diversified and weakly supported (37%), and found in the Slovakian part of the Carpathians in the Stražovské vrchy Mts., in central and eastern part of the W. Carpathians in the Tatras and Beskid Niski on Mt. Kornuty, and in the Silesian Upland (Fig. 2). Mt. Kornuty and the Tatra’s population formed the best supported sister group with 73.7% bootstrap. A PCR-ISSR analysis enabled the two main groups of localities to be distinguished. The first (group A) consists of the populations from the Małopolska Upland and the Polish W. Carpathians (Tatra, Pieniny, Gorce, Beskid Niski Mts.). The second (group B) was built of the two populations from Slovakia, namely from the Moravskoslezské Beskids and Stražovské vrchy Mts. (Fig. 2).

Hybrid zone of Aconitum lasiocarpum and A. variegatum On northern slopes of the Polish Carpathians the two distinct species of Aconitum finish geographical ranges: A. lasiocarpum (Rchb.) Gáyer and A. variegatum (Sutkowska et al., in print). In the overlapped areas a taxonomic hybrid A. ×pawlowskii occurs (A. lasiocarpum × A. variegatum, Fig. 3 a, b). We test a hypothesis on the existence of a hybrid zone in the overlapping areas of A. variegatum and A. lasiocarpum subsp. kotulae (Pawł.) Mitka & Starmühl. in the Western Carpathians with the use of PCRISSR fingerprinting. The band-based nonmetric multidimensional scaling ordination showed the pattern of genetic population differentiation (Fig. 4). The distant populations of A. variegatum from Dąbrowa Górnicza (D – Silesian Upland) and Mt. Kornuty (K – Beskid Niski Mts.) are very close each to other. Similarly, all specimens of A. lasiocarpum are genetically very similar, however in their group three OTUs

Mitka J., Boroń P., Sutkowska A. Holocene history of Aconitum in W. Carpathians

Fig. 3. Geographic localization of the 6 sampled populations of Aconitum sp. in southern Poland (Sutkowska et al., in print). a. The Carpathians between Vistula and Dnister rivers, B. – Budapest, Br. – Bratislava, Bu. – Bucureşti, C. – Chernivtsi, I. – Iassy, K. – Košice, Kr. – Kraków, L. – Lviv. b. Distribution of A. variegatum ( ) and A. lasiocarpum ( ) populations, with the sympatric areas of A. ×pawlowskii ( ) occurrence, D – Dąbrowa Górnicza (Silesian Upland), B – Western Bieszczady, E. Carpathians (Sianki locality). c. C – Mt. Cergowa (W. Carpathians), K – Mt. Kornuty (W. Carpathians), S – Stasiana (W. Carpathians), T – Targowiska (W. Carpathians). d. Inferred migrations of Aconitum from STRUCTURE (Pritchard et al. 2000) results. Taxonomic nomenclature after Mitka (2003). Distribution maps courtesy of ATPOL (Zając & Zając 2001).

Modern Phytomorphology 3 (2013)

of A. ×pawlowskii are found. Two specimens from Mt. Cergowa (C) and Targowiska (T) located in the middle of the diagram, however taxonomically different, were also genetically similar. Seven specimens, marked with the star, were recognized by NEWHYBRIDS analysis (Anderson & Thompson 2002) as B1 introgressants (A. lasiocarpum backcross, i.e. F1 × A. lasiocarpum): five specimens of A. variegatum and two specimens of A. ×pawlowskii (Fig. 4). The results support the view on the existence of natural interspecific hybrid swarm zone in the overlapped areas of Aconitum occurrence and gave argument for the taxonomical circumscription of the nothospecies. Discussion All of the presented analyses point to clear genetic and cytogenetic differentiation of Aconitum species along the W. Carpathians and Małopolska Upland. On the other hand, the genetic similarities may aide inference on their presumed Holocene migration routes from distant or nearby glacial forest refugia. Both A. moldavicum and A. variegatum can be regarded as forest species, with wide ecological profiles that enable them to survive the harsh climatic conditions. The regional population(cyto)genetic pattern of A. variegatum in W. Carpathians and adjacent the Silesian and Małopolska Uplands can be an effect of at least two short-distance dispersal events, setting up (excluding the Sudetes) the geographic-genetic groups of localities. The first is presumably linked with the Holocene migration of the species (Cytotype I, see Fig. 2) along the Moravian Gate from the Moravian refugium. Magri et al. (2006) postulated here the existence of full-glacial refugium for Fagus sylvatica L. The second joined the Małopolska’s population from Ojców with the W. Carpathian regions – Pieniny and Gorce Mts. (Cytotype II). This result posed a question on the status of the Aconitum populations in the Małopolska Upland, refugial or migratory. The results of the other studies on A. moldavicum are partially concordant with the refugial hypothesis. Also, the history of the vegetation reconstructed

with aide of the isopollen method (RalskaJasiewiczowa et al. 2004) seems relevant in this context. A tree species, hornbeam Carpinus betulus L., ecologically similar to A. moldavicum, recolonized the Małopolska Upland some 4000 years BP, according to the palaeobotanical evidences. Thus, presumed tempo of the tree migration from the putative EasternCarpathian – Volhynio-Podolian refugium may be estimated on about 56 km/year, in a timespan of 7 thousand calibrated years and in a distance of ca. 400 km. In comparison to winddispersed tree, the barochoric A. moldavicum had to a considerably lower tempo of migration, presumably close to 35 km/yr, that gives in the same time-span a distance of ca. 250 km. It points to its migration from the Beskid Niski Mts., but not from Podolia (Mitka & Kozioł 2009). If these crude assumptions are true, then we can infer the existence of the species cryptic refugia in some parts of the Małopolska Upland (Dolina Będkowska, see Fig. 1). The conclusion is supported by the fact that the region – lying north of the Carpathians – is seriously taken into consideration as a forest faunistic refugium. For example, in the Nietoperzowa and Mamutowa Caves in Ojców the remnants of forest animals, dated to the last pleniglacial, were found, for example: Clethrionomys glareolus, Lyurus terix, Discus ruderalis, alongside with such typical for glacial species as Ursus spelaeus, Coelodonta antiquitatis, Rangifer tarandusr, Myopus spp., Ochotona sp. and Equus caballus (Pawłowski 1991). The studies on the natural hybrid zone in the Beskid Niski and Doły Jasielsko-Sanockie Depression (W. Carpathians) indicate that the population in Targowiska (T) developed as a result of migrations from different refugial centres (Fig. 1 d). The population is genetically the most variable and consists presumably of two migratory elements: one from the west of A. variegatum and another from the east of A. lasiocarpum. The population seems rather of a recent, namely the Holocene age. The other high-elevation population of A. variegatum in Mt. Kornuty (K) is taxonomically and genetically uniform. It could be an effect of its geographical isolation, and, maybe, a result of its

Mitka J., Boroń P., Sutkowska A. Holocene history of Aconitum in W. Carpathians

Fig. 4. Nonmetric multidimensional scaling according to NTSYSpc (Rohlf 2002), Stress = 0.100: – genetic B1 hybrids according to NEWHYBRIDS analysis (Anderson & Thompson 2000); x – introgressed A. lasiocarpum; – A. variegatum; – A. lasiocarpum; – A. ×pawlowskii. For locality abbreviations see Fig. 3.

16 refugial character (Fig. 2). The lack of important cytogenetic difference between distant A. variegatum populations from the Beskid Niski (Kornuty) and Silesian Upland (Dąbrowa Górnicza, see Fig. 4) agreed with the existence of the widely distributed in Central Carpathians the Cytotype IV (Fig. 2). Maybe, it is dealt with its ancient, pre-glacial relict character recorded in the conservative cytogenetic marker. The close relationships between the Małopolska Upland (Ojców) and W. Carpathians (the Pieniny Mts.), seen in the distribution of the Cytotype II of A. variegatum, turns our attention to the second presumably refugial region, i.e. the Pieniny Mts. (Fig. 2). Also, ISSR markers of A. moldavicum showed the genetic similarity between the Slovak and the Pieniny’s population (Fig. 1). The results of the phylogeographical ISSR analysis of A. moldavicum points to limited influence of the Slovak populations on the origin of the island distribution of A. moldavicum in the Małopolska Upland and to probably refugial character of the Pieniny’s population. On the other hand, the Małopolska’s populations have another main source from the Beskid Niski Mts. In the Polish W. Carpathians the Pieniny Mts. are a good candidate for a role of the cryptic, forest glacial refugium. This mountain range, however small and not too high (Mt. Wysokie Skałki, 1052 m a.s.l.), forms a distinct Carpathian geobotanical region and local center of endemism (Pawłowski 1972; Zarzycki 1976; Tasenkevich 2005). The complicated relief of the mountain range and relatively long, 20 km distance from the Tatra Mts., give additional arguments. A very characteristic feature of the mountain range is its calcareous geological substratum and high rocky walls up to 150 m of relative altitude surrounding deep and picturesque the Dunajec River break. The complicated relief makes the area very rich in habitat types and hence the observed richness, relict and endemic character of the flora (Zarzycki 1976, 1981). In the Pieniny Mts. the Eemian forest refugium was previously postulated by Środoń (1982). For example the last glacial maximum has persisted here Juniperus sabina L., the southern European

Modern Phytomorphology 3 (2013) geographic element, noted in the Eeemian flora of Gánovce near Poprad in Slovakia (Kneblová 1960). Because the Pieniny Mts. are generally deprived of palinological deposits, the vegetation history here can be inferred only with a great caution. However, it is known that in some Carpathian valleys of Poland the last glaciation have survived several tree species of temperate-boreal type: Larix decidua Mill., Picea abies (L.) H.Karst., Pinus cembra L., P. sylvestris L. and Populus tremula L. (RalskaJasiewiczowa et al. 2004). Conclusion The existence of the cryptic forest glacial refugia being the shelter for forest vegetation in S. Poland, including the Małopolska Upland and the W. Carpathians, is highly probable. Generally, the problem has not been inquired to date, excluding the presented here preliminary results of studies on the genus Aconitum. The putative forest cryptic refugium in the Małopolska Upland could be presumably linked with another refugium in the Pieniny Mts. They might be of the same age since they represent genetically similar floristic elements, being the remnants of the interglacial Eemian forest flora of S. Poland. This hypothesis should be checked based on the representative samples of various forest species with different modes of reproduction and seed dispersal. The alternative hypothesis states that the one of the regions (preferably the Pieniny) was the glacial forest cryptic refugium, while the Małopolska Upland is the place of Holocene migrations from the Carpathian refugia. The other refugial area was Podolia-Volhynia region in Ukraine. A. moldavicum showed some links between the Podolian and Małopolska’s regions, however the problem needs further studies based on a more representative plant material. Acknowledgements Authors thanks Prof. Bogdan Zemanek and Dr. Tomasz Ilnicki for critically reading the manuscript. The study was supported by the Polish Ministry of Science and Higher

Mitka J., Boroń P., Sutkowska A. Holocene history of Aconitum in W. Carpathians Education (grant no. N N303 814440 obtained from the National Science Centre). References Anderson E.C., Thompson E.A. 2002. A modelbased method for identifying species hybrids using multilocus genetic data. Genetics 160: 1217–1229. Bennet K.D., Provan J. 2008. What do we mean by “refugia”? Quat. Sci. Rev. 27: 2449–2455. Boroń P., Zalewska-Gałosz J., Sutkowska A., Zemanek B., Mitka J. 2011. ISSR analysis points to relict character of Aconitum bucovinense (Ranunculaceae) at the range margin. Acta Soc. Bot. Pol. 80 (4): 315–326. Excoffier L., Laval G., Schneider S. 2005. Arlequin ver. 3.0: An integrated software package for population genetics data analysis. Evol. Bioinform. Online 1: 47–50. Felsenstein J. 2006. PHYLIP (phylogeny inference package), version 3.66. Computer program distributed by the author, website http://evolution.genetics. washington.edu/phylip.html. Hewitt G.M. 2001. Speciation, hybrid zones and phylogeography – or seeing genes in space and time. Mol. Ecol. 10: 537–549. Ilnicki T., Joachimiak A. J., Sutkowska A., Mitka J. 2011. Cytotypes distribution of Aconitum variegatum L. in Central Europe. In: Zemanek B. (ed.), Geobotanist and Taxonomist. A volume dedicated to Professor Adam Zając on the 70th anniversary of his birth: 169–192. Institute of Botany, Jagiellonian University, Cracow Kadereit J.W., Griebeler E.M., Comes H.P. 2004. Quaternary diversification in European alpine plants: pattern and process. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 359: 265–274. Kneblová V. 1960. The interglacial flora of Gánovce travertines in estern Slovakia (Czechosłowacja). Acta Biol. Cracoviensia, Ser. Botanica 1 (1): 1–5. Magri D., Vendramin G.G., Comps B., Dupanloup I., Geburek T., Gömöry D., Latałowa M., Litt T., Paule L., Roure J.M., Tantau I., van der Knaap W.O., Petit R.J., de Beaulieu J.L. 2006. A new scenario for the quaternary history of European beech populations: palaebotanical evidence and genetic consequences. New Phytol. 71 (1): 199–221. Mitka J. 2003. The genus Aconitum L. (Ranunculaceae) in Poland and adjacent countries. A phenetic-geographic study. The Institute of Botany of the Jagiellonian University, Kraków. Mitka J. 2008. Aconitum moldavicum Hacq. (Ranunculaceae) and its hybrids in the Carpathians and adjacent regions. Roczn. Bieszczadzkie 16: 233–252.

Mitka J. 2012. Aconitum in Central Europe: from Linnaean taxonomy to molecular markers. Mod. Phytomorphol. 1: 7–9. Mitka J., Sutkowska A., Ilnicki T., Joachimiak A.J. 2007. Reticulate evolution of high-alpine Aconitum (Ranunculaceae) in the Eastern Sudetes and Western Carpathians (Central Europe). Acta Biol. Cracoviensia, Ser. Bot. 49 (2): 15–26. Mitka J., Kozioł M. 2009. Aconitum moldavicum (Ranunculaceae) na Wyżynie Małopolskiej. Fragm. Flor. Geobot. Polonica 16 (1): 7–25. Pawłowski B. 1972. Szata roślinna gór polskich. In: Szafer W., Zarzycki K. (eds), Szata roślinna Polski. T. 2: 189–252. PWN, Warszawa Pawłowski J. 1991. Fauna pleniglacjału i jej zróżnicowanie [Fauna of pleniglacial and its differentition]. In: Starkel L. Geografia Polski. Środowisko Przyrodnicze [The geography of Poland. Nature Environment]: 160–164. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. (in Polish). Pritchard J.K., Stephens M., Donelly P. 2000. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics 155: 945–959. Ralska-Jasiewiczowa M., Miotk‑Szpiganowicz G., Zachowicz J., Latałowa M., Nalepka D. 2004. Carpinus betulus L. – hornbeam. In: RalskaJasiewiczowa W. et al. (eds.), Late Glacial and Holocene history of vegetation in Poland based on isopollen maps: 69–78. W. Szafer Institute of Botany, Polish Academy of Sciences, Kraków Rohlf F.J. 2002. NTSYS-pc. Numerical taxonomy and multivariate analysis, version 2.1. Exeter Software, Setauket, New York, USA. Stebbins G.L. 1985. Polyploidy, hybridization and the invasion of new habitats. Ann. Mo. Bot. Gard. 72: 824–832. Starkel L. 1988. Palaeogeography of the periglacial zone in Poland during the maximum advance of Vistulian ice sheet. Geographica Polonica 55: 151–163. Stewart J.R., Lister A. M. 2001. Cryptic northern refugia and the origins of the modern biota. Trends Ecol. Evol. 16: 608–613. Środoń A. 1982. Pieniny w historii szaty roślinnej Podhala [Pieniny in the vegetation history of Podhale]. In: Zarzycki K. (red.), Przyroda Pienin w obliczu zmian [The nature of Pieniny Mts. (West Carpathians) in face of the coming changes]. PWN, Warszawa – Kraków, 115–126. Sutkowska A., Boroń P, Mitka J. (in print). Natural hybrid zone of the Aconitum species in the Western Carpathians: Linnaean taxonomy and ISSR fingerprinting. Szafer W. 1930. Element górski we florze niżu polskiego [The mountain element in the flora of the Polish Plain]. Odbitka nakładem Polskiej Akademii

18 Umiejętności, Warszawa, Kraków, etc. (in Polish with English summary). Taberlet P., Fumagalli L., Wust-Saucy A.-G., Cossons J.-F. 1998. Comparative phylogeography and postglacial colonization routes in Europe. Mol. Ecol. 7: 453–464. Tasenkevich L. 2005. Regional phytogeographical division of the Carpathians. Roczn. Bieszczadzkie 13: 15–28. Willis K.J., Niklas K.J. 2004. The role of Quaternary environmental change in plant macroevolution: the exception or rule? Phil. Trans. R. Soc. Lond. B 359: 159–172. Willis K.J., van Andel T.H. 2004. Trees or not trees? The environments of central and eastern Europe during the last glaciation. Quat. Sci. Rev. 23: 2369– 2387.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Wright S. 1943. Isolation by distance. Genetics 28: 114– 138. Zając M., Zając A. 2009. The geographical elements of native flora of Poland. Ed. by Laboratory of Computer Chorology, Institute of Botany, Jagiellonian University, Cracow. Zarzycki K. 1976. Małe populacje pienińskich roślin reliktowych i endemicznych, ich zagrożenie i problemy ochrony. [Small populations of relict and endemic species of the Pieniny Range (West Carpathians Mts.), their endargment and conservation]. Ochr. Przyr. 41: 7–75. (in Polish with English summary). Zarzycki K. 1981. Rośliny naczyniowe Pienin. Rozmieszczenie i warunki występowania. [The Vascular Plants of the Pieniny Mts. (West Carpathians). Distribution and Habitats]. Polska Akademia Nauk, Instytut Botaniki, PWN, Warszawa – Kraków.

Modern Phytomorphology 3: 19–24, 2013

THE GENUS CRATAEGUS L. IN THE WESTERN PART OF THE BUFFER ZONE OF THE LOW TATRAS NATIONAL PARK (SLOVAKIA), IN ACCORDANCE WITH RECENT MORPHOLOGICAL AND SYSTEMATIC RECOGNITION Anna Sołtys-Lelek 1, Beata Barabasz-Krasny 2, Peter Turis 3, Ingrid Turisová 4 Abstract. The work contains results of investigation on the genus Crataegus L., conducted in 2011-2012 on the area of the western part of the buffer zone of the Low Tatras National Park. Analysing various features, including the morphometric ones, occurrence of six native species, among them three species of hybrid origin, were confirmed in the investigated area. Comparative analysis of leaves morphology of the hybrid hawthorns and their original parental forms was carried out. Key words: Crataegus, Rosaceae, morphology, chorology, Low Tatras National Park, Carpathians, Slovakia Ojców National Park, 32-047 Ojców 9, Poland; ana_soltys@wp.pl Institute of Biology, Departament of Botany, Pedagogical University, Podchorążych 2, 30-084 Kraków, Poland; beata_barabasz@poczta.onet.pl 3 Low Tatras National Park, Lazovná 10, 974 01 Banská Bystrica, Slovakia; e-mail: peter.turis@sopsr.sk 4 Faculty of Natural Sciences, Department of the Environment Sciences, Matej Bel University, Tajovského 40, 974 01 Banská Bystrica, Slovakia; Ingrid.Turisova@umb.sk 1 2

Introduction The genus Crataegus L. is the one which systematics is the most complicated, therefore it remains a subject of taxonomic research for many years. Hybridisation is the one of most important problems in identification of hawthorns. The genus consists of hybrids which may be morphologically so similar to one of the parents that determination of the species’ borders is sometimes difficult. Morphological features, such as the shape of leaves, morphology of fruits or the number of styles, have been used to identify hawthorns’ species for a long time. Identification based on the changing features resulted in multiplication of the number of species’ names, especially at the beginning of the 19th century. The latest taxonomic revision made by Christensen (1992), covering the species growing in the area of the Old World, are based on investigations of the morphometric features of: subterminal leaves of flowering and short shoots as well as leaves from the central part of elongate shoots. Its include results of linear, angular, surface and other measurements (Fig. 1). The methodology © The Author(s), 2013

was supplemented by morphological data concerning the number of styles, the form of stipules and sepals (Christensen 1992). Occurrence of wild species of hawthorns in the whole area of the Low Tatras National Park (NAPANT) and its buffer zone has not been thoroughly investigated yet. According to the literature from the NAPANT area and its buffer zone, six species of hawthorn described by different synonyms, occur there. The data come mainly from the works on their general chronology in Slovakia, such as: Hrabětová‑Uhrová (1956, 1969, 1970), Jurko (1962), Baranec (1986), Janišová 1995, 2008) and Valachovič (2011). Moreover, another work presenting detailed distribution of hawthorns in selected regions of the buffer zone of the NAPANT (Sołtys-Lelek et al. 2012) has been published lately. Fragmentary data on occurrence of species from the genus Crataegus, as well as the change of the opinion on their taxonomic definition contributed to undertaking investigations which goal was to determine the list of hawthorns’ species and their varieties growing in the area, in

Modern Phytomorphology 3 (2013) of the species were adopted after the works of Christensen (1992, 1997) and Janjić (2002). Herbarium material was deposited in the herbarium of the Ojców National Park (OPN). Symbols used in article: CHA – Protected Site, leg. – legit, obs. – observation, OPN – Herbarium of the Ojców National Park, PP – Natural Monument, PR – Nature Reserve. Results

Fig. 1. Quantitative characters scored on leaves from flowering shoots, short shoots and elongate shoot: a – length of leaf blade; b – width of leaf blade; c/c+d=c/a – location of basal sinus; f/e+e – depth of basal sinus = extension of basal lobe to midrib; g – length of basal lobe; h – width of basal lobe; i+i – number of teeth on basal lobe; j/j+k – ratio of serrate part of lobe to lobe length (according to Christensen 1992).

accordance with the latest methodology of their identification and another systematic approach. The additional goal was to check applicability of morphometry to determine the critical species. Material and methods The field investigations were conducted in the years of 2011-2012 in the western part of the buffer zone of the Low Tatras National Park (Fig. 2). Fruiting short shoots were used as the herbarium material. The morphometric features of hawthorns suggested by Christensen (1992) were applied to identify the herbarium specimens. Special attention was given to measurements of subterminal leaves of flowering short shoots, the number of styles, the shape and amount of fruits and other features. The selected, comparative morphological features of the hawthorns are presented in the Tab. 1. Systematic approach and the nomenclature

Analysing the complexes of morphological and morphometric features, occurrence of six native species of hawthorn, including three of the hybrid origin, were discovered on the investigated area. Its list and the sites of occurrence in the buffer zone of the NAPANT are presented below. Fig. 3 shows comparison of the morphology of the leaves of the hybrids and parental forms. Gen. Crataegus Ser. Crataegus Subser. Erianthae 1. Crataegus laevigata (Poiret) DC. 109 records (leg. & obs. Sołtys-Lelek): CHA Jakub, 20.09.2011 (OPN); CHA Kopec, 21.09.2011 (OPN); Vlačuhovo, 22.09.2011 (OPN); Pleše, 23.09.2011 (OPN); PR Mackov bok, 24.09.2011 (OPN); PR Sliačske travertíny, 17.09.2012 (OPN); Liptovské Sliače, 17.09.2012 (OPN); Liptovská Štiavnica, 18.09.2012 (OPN); Biely Potok, 19.09.2012 (OPN); Liptovská Lúžna, 21.09.2012; PP Meandre Lúžňanky, 21.09.2012. Subser. Crataegus 2. C. rhipidophylla Gand. The species was found in the study area in two varieties, distinctly different in setting sepals. a) var. rhipidophylla Fruits crowned by spreading or reflexed sepals. 25 records (leg. & obs. Sołtys-Lelek): CHA Jakub, 20.09.2011 (OPN); Vlačuhovo, 22.09.2011 (OPN); Pleše, 23.09.2011

Sołtys-Lelek A., Barabasz-Krasny B., Turis P., Turisová I. Crataegus in NAPANT

Fig. 2. Localization of the study area.

(OPN); PR Mackov bok, 24.09.2011 (OPN); Liptovská Štiavnica, 18.09.2012 (OPN); Biely Potok, 19.09.2012 (OPN); Liptovská Lúžna, 21.09.2012 (OPN). b) var. ronnigeri (K. Malý) Janjić Most of or all fruits crowned by erectsuberect sepals. 7 records (leg. & obs. Sołtys-Lelek): Pleše, 23.09.2011 (OPN); PR Mackov bok, 24.09.2011 (OPN); Liptovské Sliače, 17.09.2012 (OPN); Biely Potok, 19.09.2012 (OPN); Liptovská Lúžna, 21.09.2012. 3. C. monogyna Jacq. var. monogyna Species occurs in one variety about leaf blades villous in vein axils or along major veins beneath. 37 records (leg. & obs. Sołtys-Lelek): CHA Jakub, 20.09.2011 (OPN); CHA Kopec, 21.09.2011 (OPN); Vlačuhovo, 22.09.2011 (OPN); Pleše, 23.09.2011; PR Sliačske travertíny, 17.09.2012; Liptovské Sliače, 17.09.2012; Liptovská Štiavnica, 18.09.2012 (OPN); Biely Potok, 19.09.2012; Liptovská Lúžna, 21.09.2012.

Nothospecies: 4. C. ×macrocarpa Hegetschw. The species was found in the study area in two varieties, distinctly different in setting sepals. a) nothovar. macrocarpa Fruits crowned by spreading or reflexed sepals. 35 records (leg. & obs. Sołtys-Lelek): CHA Jakub, 20.09.2011 (OPN); Vlačuhovo, 22.09.2011 (OPN); Pleše, 23.09.2011 (OPN); PR Sliačske travertíny, 17.09.2012 (OPN); Liptovské Sliače, 17.09.2012 (OPN); Liptovská Štiavnica, 18.09.2012 (OPN); Biely Potok, 19.09.2012 (OPN); Liptovská Lúžna, 21.09.2012. b) nothovar. calycina (Peterm.) Kerguélen Most or all fruits crowned by erect-suberect sepals. 19 records (leg. & obs. Sołtys-Lelek): CHA Jakub, 20.09.2011 (OPN); CHA Kopec, 21.09.2011 (OPN); Vlačuhovo, 22.09.2011 (OPN); Pleše, 23.09.2011 (OPN); Liptovské Sliače, 17.09.2012 (OPN); Liptovská Štiavnica,

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Table 1. Comparison of selected morphological features used to distinguishing Crataegus species (accordingly to Christensen 1992). Features

C. laevigata

C. Ă&#x2014;macrocarpa C. rhipidophylla C. Ă&#x2014;subsphaericea C. monogyna C. Ă&#x2014;media

long (cm)

1.3-5.7

1.9-5.1

Subterminal leaf blades of flowering shoots 2.0-6.5

1.7-7.1

1.1-5.7

0.9-4.5

wide (cm)

0.9-5.0

1.6-4.9

1.2-6.9

1.5-5.6

0.8-6.0

0.8-4.3

lobes (pairs)

(0) 1-2

1-3

2-4

1-4

1-3

extending the width of lamina to midrib

0.4-0.7 times 0.4-0.8 times

0.6-0.8 times

0.6-0.9 times

0.5-1.0 times

0.5-0.9 times

no. of teeth on basal lobe

6-23

7-30

6-25

2-22

0-9

4-14

type of teeth

more or less fine

more of less fine

more or less obtuse

more or less coarse

no. of teeth on stipules

11-41

8-49

8-29

3-22

entire or 1-8

(0-)5-24

Subterminal leaf blades of short shoots long (cm)

2.0-6.0

2.9-5.6

1.8-5.8

2.4-5.8

1.1-5.7

1.4-5.2

wide (cm)

1.5-3.2

2.1-4.7

1.8-5.0

2.3-4.6

0.8-5.4

1.0-4.4

1-3

2-3

2-4

1-4

1-3

lobes (pairs)

1-3

extending the width of lamina to midrib

0.3-0.7 times 0.5-0.8

0.6-0.9 times

0.6-1.0 times

0.5-0.9 times

0.4-0.9 times

no. of teeth on basal lobe

10-21

7-28

7-19

1-14

5-19

1 (-2)

1(-2)

1-2(-3)

9-30

Hypanthium styles

(1-)2-3(-5)

1-2(-3)

1(-2) Sepals

long (mm)

0.9-2.8

1.8-4.9

1.8-5.5

1.9-5.1

1.2-4.4

1.9-3.3

wide (mm)

1.4-2.6

1.6-3.7

1.2-2.6

1.8-3.0

1.2-2.6

1.8-3.5

type of sepals

broadly triangular

narrowly triangular

more or less narrowly triangular

broadly to more or less narrowly triangular

apex of sepals

acute

more or less acuminate or acute

more or less acuminate

acute or more or less acuminate

acute or obtuse

Sołtys-Lelek A., Barabasz-Krasny B., Turis P., Turisová I. Crataegus in NAPANT

Fig. 3. Comparison of subterminal leaf blades of flowering shoots used to distinguishing Crataegus species and their nothospecies.

18.09.2012 (OPN); Biely Potok, 19.09.2012 (OPN). 5. C. ×subsphaericea Gand. The species was found in the study area in two varieties, distinctly different in setting sepals. a) nothovar. subsphaericea Fruits crowned by reflexed or spreading sepals. 6 records (leg. & obs. Sołtys-Lelek): CHA Jakub, 20.09.2011 (OPN); Vlačuhovo, 22.09.2011 (OPN); PR Sliačske travertíny, 17.09.2012 (OPN). b) nothovar. domicensis (HrabětováUhrová) Christensen Fruits crowned by erect-suberect sepals. 1 record (leg. Sołtys-Lelek): Liptovská Štiavnica, 18.09.2012 (OPN).

6. C. ×media Bechst. nothovar. media Species occurs in one variety about inflorescence glabrous or subglabrous and subterminal leaf blades villous in vein axils beneath. 4 records (leg. & obs. Sołtys-Lelek): CHA Kopec, 21.09.2011 (OPN); Pleše, 23.09.2011 (OPN); Liptovská Štiavnica, 18.09.2012 (OPN). Discussion and conclusions The alternative method of hawthorns’ identification proposed by Christensen (1992) based on morphometric features and complexes of other morphological features is very advantageous, especially, when determining forms of the hybrid origin. However, it is more applicable in laboratory conditions than in the field. Hybrid species, unlike the parental specimens, are often marked by transitional features. Nevertheless, it should be also noted that hybrid forms have quite

Modern Phytomorphology 3 (2013)

changeable features, more or less similar to one of the parents. When it occurs, such species are relatively hard to identify. The analysis of variability of subterminal leaves of flowering short shoot (Fig. 3) is an example illustrating the phenomenon. For instance, C. ×media, a hybrid of C. monogyna and C. laevigata, has leaves which bear distinctive transitional features between the leaves of the parental forms, but they also show significant variability. It restrains their simple identification. Therefore, complex analysis of many morphological features, including morphometry of the leaves is necessary (Tab. 1). Changeable similarity of the hybrids to their parental species within the genus Crataegus resulted in their description under different names, as mentioned in the introduction. Consequences of the situation can be observed in the available literature on the critical genus (Christensen 1992; Hrabětová-Uhrová 1956, 1969, 1970). Hence, further search for “good” morphological and anatomical features enabling more precise and easier determination of the borders between species is required. Applying the newer approach to identify hawthorns, three species and three nothospecies were found in the investigated area. It was a complete set of hawthorns’ species common in the whole Slovakia. C. laevigata (109 records) and C. ×macrocarpa – a hybrid between C. laevigata and C. rhipidophylla (50 records) occur in the biggest number in the investigated area. C. ×macrocarpa nothovar. calycina and C. ×subsphaericea nothovar. domicensis are the most interesting varieties found in the area. Those are the varieties expanding mainly from the southern parts of Scandinavia to the Central Europe (Christensen 1992). According to the current knowledge on the subject, their occurrence in Slovakia may be described as rather rare, while C. ×subsphaericea nothovar. domicensis belongs to rare species within the whole range. Acknowledgement The study was financially supported by the Science Grant Agency of the Ministry of

Education of the Slovak Republic and Slovak Academy of Sciences (VEGA 2/0099/13). References Baranec T. 1986. Biosystematické štúdium rodu Crataegus L. na Slovensku. Acta Dendrobiologica. Veda, Vydavateľstvo Slovenskej akadémie vied, Bratislava. (in Slovak). Christensen K.I. 1992. Revision of Crataegus sect. Crataegus and nothosect. Crataeguineae (RosaceaeMaloideae) in the Old World. Syst. Bot. Monogr. 35: 1–199. Christensen K.I. 1997. Typification of Crataegus kyrtostyla Fingerh. In: Wisskirchen R. (ed.), Notulae ad Floram Germanicam I. Feddes Repert. 108 (1-2): 1–104. Hrabětová-Uhrová A. 1956. Beitrag zur CrataegusTaxonomie. Spisy Přirod. Fak. Univ. J.E. Purkyně v Brně 378: 427–436. (in German). Hrabětová-Uhrová A. 1969. Hloh (Crataegus L.) v Československu. Preslia 41: 162–182. (in Czech). Hrabětová-Uhrová A. 1970. Taxonomický doplněk k hlohům (Crataegus L.) na Slovensku. Biológia 25 (7): 497–499. (in Slovak). Janišová M. 1995. Príspevok k flóre a vegetácii Baranova. Naturae Tutela 3: 181–190. (in Slovak). Janišová M. 2008. Diverzita nelesnej flóry a vegetácie územia európskeho významu Baranovo. In: Turisová I., Martincová E., Bačkor P. (eds), Výskum a manažment prírodných hodnôt Zvolenskej kotliny: 32–42. FPV UMB v Banskej Bystrici, ÚVV UMB v Banskej Bystrici, NLC – Lesnícky výskumný ústav, Banská Bystrica, Zvolen. (in Slovak). Janjić N. 2002. Nova kombinacija u lepezolisnog ili krivočašičnog gloga, Crataegus rhipidophylla Gand. (Rosaceae). Works of Faculty of Forestry University of Sarajevo 32 (1): 1–7. (in Croatian). Jurko A. 1962. K problematike rozšírenia niektorých druhov ruží a hlohov u nás. Biológia 17 (3): 216–219. (in Slovak). Sołtys-Lelek A., Barabasz-Krasny B., Turis P., Turisová I. 2012. Chorológia niektorých taxónov kritických rodov Crataegus L. a Rosa L. vo vybraných častiach Národného parku Nízke Tatry. Časť 1. Naturae Tutela 16 (2): 125–140. (in Slovak). Valachovič M. 2011. Crataegus curvisepala, Crataegus plagiosepala. In: Eliáš P. ml. (ed.), Zaujímavejšie floristické nálezy. Bull. Slov. Bot. Spoločn. 33 (1): 108– 109. (in Slovak).

Modern Phytomorphology 3: 25–28, 2013

ANATOMICAL CHARACTERISTICS OF TURKISH STENO-ENDEMIC ORIGANUM LEPTOCLADUM BOISS. (LAMIACEAE) Muhittin Dinç 1 & Süleyman Doğu 2 Abstract. Origanum leptocladum Boiss. is an endemic East Mediterranean element, naturally growing only in Ermenek district of Karaman province in Turkey. The aim of this study is to determine anatomical features of the species. The study materials were collected from Karaman-Ermenek in 2009 and then preserved in 70 % alcohol. O. leptocladum generally exhibits the anatomical feaures of the family Lamiaceae. Hovewer, herbaceaus stem is weakly-rectangle shaped or tends to be circular, the collenchymatic tissue at the corner of the stem and scleranchymatic pericycle around the vascular tissue are weakly-developed. The most striking anatomical feature is that leaf lamina is dorsiventral in the region near to midvein, but equifacial out of the midvein. According to the results, while the stomata are of mesomorphic type on the leaf surfaces, O. leptocladum has xeromorphic characters such as palisade richness in mesophyll, the occurrence of rich scleranchymatic tissue in midvein and cuticle thickness on leaf surface. Key words: Origanum leptocladum, Lamiaceae, anatomy, Turkey 1 Department of Biology, Ahmet Keleşoğlu Faculty of Education, Necmettin Erbakan University, 42090 Konya, Turkey; muhdinc@yahoo.com 2 Department of Science, Ahmet Keleşoğlu Faculty of Education, Necmettin Erbakan University, 42090 Konya, Turkey; suleymandogu@gmail.com

Introduction Lamiaceae has a cosmopolitan distribution and consists of 236 genera and about 7000 species (Stevens 2001). Many species of Lamiaceae produce essential oils which are secreted by glandular hairs on aerial vegetative organs and some reproductive organs (Autunes & Sevinate-Pinto 1991; Kaya et al. 2009). Turkey is regarded as an important gene center for the family Lamiaceae (Başer 1993). With their pleasant fragrance, many species of Lamiaceae have been used as herbal teas in Turkey. Many of species are used as raw material in cosmetic industry. Some species are traditionally used as medicinal plants (Baytop 1984). The genus Origanum L. belongs to the family Lamiaceae and comprises 43 species and 18 hybrids widely distributed in Eurasia and North Africa (Ietswaart 1980; Duman 2000). After Origanum was revised by J.H. Ietswaart for Flora of Turkey (Ietswaart 1982). O. munzurense Kit Tan et Sorger (Davis © The Author(s), 2013

et al. 1988), O. husnucan‑baserii H. Duman, Z. Aytaç et A. Duran (Duman et al. 1995) and O. ×adanense (O. bargyli Mouterde × O. laevigatum Boiss.) have been described as new to science species from Turkey. As a result 24 species of Origanum are now known from Turkey. Generally 18 hybrids of Origanum are known (Ietswaart 1980), six of which grow in Turkey (Ietswaart 1982, Duman et al. 1998). The anatomical studies were carried out on some Origanum species growing in Turkey (Gönüz & Özörgücü 1999; Doğu & Dinç 2011) and out of Turkey (Moon et al. 2009). But, there is no anatomical study on Turkish stenoendemic species Origanum leptocladum Boiss. The aim of the present study is to report some anatomical features of O. leptocladum. Material and methods Plant samples of the species were collected from the type locality. The specimens were dried according to standard herbarium techniques and stored at Necmettin Erbakan University

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Fig. 1. The transverse section of Origanum leptocladum stem: cu – cuticle; e – epidermis; cl – collenchyma; co – cortex; en – endodermis; sc – scleranchyma; ph – phloem; x – xylem; p – pith.

Ahmet Keleşoğlu Education Faculty herbarium. The collecting locality of the species: C4 Karamn, Ermenek, between Balkusan Valley and Ermenek, stony slopes, steppe, 1550 m, 12.08.2009, S. Doğu 2051 & M. Dinç. Some plant samples belonging to the species were fixed in 70% alcohol for anatomical studies. The investigations were performed on the crosssections of the herbaceous stems and leaves, and the surface sections of leaves. The cross sections were painted with basic fuchsine and covered with glycerin gelatin (Vardar 1987). Their photographs were taken with an Olympus BX‑50 microscope. The stomatal index and stomatal index rate were calculated as described by Meidner & Mansfield (1968). Results Stem Anatomy The transverse section of the herbaceous stem is weakly-rectangle shaped or tends to be circular. The epidermis consists of single layer rectangular cells, and is surrounded by a cuticle layer. There is no trichomes on the epidermis. Underneath the epidermis, there is collenchyma with single layered cells between the corners, but 5-6 layers of collenchyma can be seen below the epidermis at the corner of the stem. The shape of collenchymatic cells is ovoid and the walls are very thick. A thin cortex is present between the collenchyma and the endodermis.

The cortex (70-200 μm) consists of 3-6 layers of oval and rectangular parenchymatic cells. The endodermis is conspicuous, regular, singlelayered and composed of quadrate, flattened and ovoid cells. A pericycle layer is present under the endodermis. It is sclerenchymatic, continuous, weakly developed and made up from 1-2 sheets. Underneath the pericycle, the vascular tissue is present. Phloem and xylem elements can be distinguished in the vascular tissue. The cambium between xylem and phloem is inconspicuous. In the whole centre of the stem there is a pith filled with circular, slightly pentagon and hexagon angular parenchymatic medullar cells (Fig. 1). Leaf Anatomy Epidermis one-layered, consisting of ovoid, quadrate and rectangular cells is present at both leaf surfaces. The upper epidermal cells are as large as the lower ones in the midvein region, but they are larger in the other parts of the leaf. Some upper and lower epidermal cells contain mucilage. Both surfaces are covered by a thick cuticula layer, lack indumentum built of nonglandular trichomes. Some peltate glandular trichomes are present in the sinks on the upper surface. The midvein region was well developed and projected outwards. Leaves are dorsiventral in the region near to midvein, with 2-3 layers of palisade parenchyma under the upper epidermis and 3-5 layers of spongy parenchyma under the

Dinç M., Doğu S. Anantomy of Origanum leptocladum

Fig. 2. The transverse sections of Origanum leptocladum leaves: A – midvein region; B – veinless region; cu – cuticle; pt – peltate trichome; ue – upper epidermis; cl – collenchyma; sc – scleranchyma; ph – phloem; x – xylem; pp – palisade parenchyma; up – upper palisade; lp – lower palisade; sp – spongy parenchyma; le – lower epidermis.

lower epidermis. But they are equifacial in the veinless region, with poorly developed spongy parenchyma between the upper and lower palisade. Upper palisade is generally 1-layered, lower one is generally 2-layered. Upper palisade cells are longer than the lower ones (Fig. 2 A-B). The mesophyll is thicker around midvein region. There are collenchyma under both epidermises in this region. The collenchyma under the upper epidermis is 5-7 layered, the upper one is 2-3 layered. A vascular bundle is present in the central part of midvein. Vascular bundles were collateral. The phloem facing the lower epidermis and the xylem facing the upper epidermis are present in the vascular bundle. It is encircled by sclerenchyma at both side (Fig. 2 A-B). The leaves are amphistomatic with diacytic, anomocytic and anisocytic type stomata. The stomata on the both surface are localized at about the same level as the epidermis and they are of the mesomorphic type. The anticlinal walls of epidermal cells on both surface are undulated, but those on the upper surface are more undulated. Some epidermal cells contain mucilage or druse type crystals. The stomatal index for the upper surface is 17.6-19.2 (mean 18.6) and for the lower surface is 18.8-21.3 (mean 19.7) (Fig. 3 A-B).

Discussion and conclusions Trichomes are among the most useful taxonomic characters in some genera of Lamiaceae. Their absence or presence and their typology can be used as taxonomic markers in the infrageneric classification of some genera (Navarro & El Oualidi 2000; Moon et al. 2009). Moon et al. (2009) reported that while uniseriate non-glandular, capitate and subsessile glandular (= peltate) trichomes are present on the upper (abaxial) leaf surface of O. vulgare, O. rotundifolium has capitate and subsessile glandular trichomes on its vegetative parts. On the other hand, O. onites has papillose (= unicellular) and villose (= uniseriate non-glandular) trichomes (Gönüz & Özörgücü 1999), O. saccatum lacks trichomes (Doğu & Dinç 2011), and there is only subsessile glandular trichomes (= peltate) on the leaves of O. leptocladum. Stomata are of anomocytic type in O. vulgare; of anisocytic, diacytic and diallelocytic type – in O. rotundifolium (Moon et al. 2009); of diacytic type – in O. saccatum (Doğu & Dinç 2011); of anomocytic, diacytic and anisocytic type – in O. onites (Gönüz & Özörgücü 1999); of diacytic, anomocytic and anisocytic type – in O. leptocladum. According to the data, stoma type has very limited taxonomic value in interspecific classification.

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Fig. 3. The surface sections of Origanum leptocladum leaf: A – the upper surface; B– the lower surface; ans – anisocytic stoma; ams – anomocytic stoma; ds – diacytic stoma; e – epidermal cell; st – stomata; mc – mucilage.

Laminas were reported as dorsiventral or isobilateral (= equifacial) in the tribe Mentheae (Moon et al. 2009). According to the studies previously carried out, the leaves are dorsiventral in O. onites and O. saccatum (Gönüz & Özörgücü 1999; Doğu & Dinç 2011). In O. leptocladum laminas are dorsiventral in the region near to midvein, but they are equifacial in the veinless region. This mesophyll structure has been firstly reported in the genus Origanum in the present study. The present study show that O. leptocladum generally have the anatomical feaures of the family Lamiaceae. Hovewer, herbaceaus stem is weakly-rectangle shaped or tends circular, the collenchymatic tissue at the corner of the stem and scleranchymatic pericycle around the vascular tissue are weakly-developed. While the stomata are of mesomorphic type on the leaf surfaces, O. leptocladum has xeromorphic characters such as palisade richness in mesophyll, the occurrence of rich scleranchymatic tissue in midvein and cuticle thickness on leaf surface. References Autunes T., Sevinate-Pinto I. 1991. Glandular trichomes of Teucrium scorodonia L. morphology and histochemistry. Flora 185: 65–70. Başer K.H.C. 1993. Essential oils of Anatolian Lamiaceae: A profile. Acta Hortic. 333: 217–238. Baytop T. 1984. Türkiye’de Bitkiler ile Tedavi, İst. Üniv. Yay. Davis P.H., Mill R.R., Tan K. (eds.). 1988. Flora of Turkey and the East Aegean Islands, Vol. 10 : 206– 207. Edinburgh Univ. Pres., Edinburgh.

Doğu S., Dinç M. 2011. Endemik Origanum saccatum P.H. Davis (Lamiaceae) üzerine anatomik bir çalışma. Ot Sist. Bot. Derg. 18 (2): 45–55. Duman H. 2000. Origanum L. In: Güner A., Özhatay N., Ekim T., Baser K.H.K. (eds.), Flora of Turkey and the East Aegean Islands. 11: 207–208. Edinburgh Univ. Pres, Edinburgh. Duman H., Başer K.H.C., Aytaç Z. 1998. Two new species and a new hybrid from Anatolia. Turk. J. Bot. 22: 51–55. Duman H., Aytaç Z., Ekici M., Karavelioğulları F.A., Dönmez A.A., Duran A. 1995. Three new species (Labiatae) from Turkey. Flora Mediteranea 5: 221–228. Gönüz A., Özörgücü B. 1999. An ınvestigation on the morphology, anatomy and ecology of Origanum onites L. Turk. J. Bot. 23: 19–32. Ietswaart J.H. 1980. A taxonomic revision of the genus Origanum (Labiatae). Leiden Botanical Series 4. Leiden University Press, The Hague, Leiden. Ietswaart J.H. 1982. Origanum L. In: Davis P.H. (ed.), Flora of Turkey and the East Aegean Islands. Vol. 7: 297–313. Edinburgh Univ. Pres., Edinburgh. Kaya A., Demirci B., Başer K.H.C. 2009. Compositions of essential oils and trichomes of Teucrium chamaedrys L. subsp. trapezunticum Rech. fil. and subsp. syspirense (C. Koch) Rech. fil. Chemistry & Biodiversity 6 (1): 96–104. Meidner H., Mansfield T.A. 1968. Physiology of Stomata. McGraw-Hill, London. Moon H.K., Hong S.P., Smets E., Huysmans S. 2009. Phylogenetic significance of leaf micromorphology and anatomy in the tribe Mentheae (Nepetoideae: Lamiaceae). Bot. J. Linn. Soc. 160: 211–231. Navarro T., El Oualidi J. 2000. Morfología de los tricomas en Teucrium L. (Labiatae). Una revisión taxonómica. Anales Jard. Bot. Madrid 57 (2): 277–297. Stevens P.F. 2001. Angiosperm phylogeny website. Version 6. May 2005. http://www.mobot.org/ MOBOT/ research/APweb/ Vardar Y. 1987. Botanikte Preparasyon Tekniği. İzmir.

Modern Phytomorphology 3: 29–33, 2013

ANATOMICAL CHARACTERISTICS OF MUSCARI VURALII Y. BAĞCI & DOĞU (HYACINTHACEAE) Süleyman Doğu 1 & Muhittin Dinç 2 Abstract. Muscari vuralii Y. Bağcı & Doğu has been recently published rare endemic species growing in South Anatolia. In the present study, anatomical features of this species were determined. The studies were carried out on tranverse sections of scapes and leaves, and surface sections of the leaves. According to the results, the leaves are equifacial and amphistomatic with anomocytic stomata. There is 1-layered palisade parenchyma under each epidermis, and richly developed 8-10-layered spongy parenchyma between the two palisades. Some spongy parenchyma cells include raphide crystals. Vascular bundles are located in equal intervals in spongy parenchyma. In the scape, the cortex is multilayered and the vascular bundles are located in two rows. Key words: Muscari, Hyacinthaceae, anatomy, Turkey Department of Science, Ahmet Keleşoğlu Faculty of Education, Necmettin Erbakan University, 42090 Konya, Turkey; suleymandogu@gmail.com 2 Department of Biology, Ahmet Keleşoğlu Faculty of Education, Necmettin Erbakan University, 42090 Konya, Turkey; muhdinc@yahoo.com 1

Introduction The family Hyacinthaceae formerly part of the monocotyledonous Liliaceae sensu lato (Engler & Prantl 1930) was not accepted as a separate family until the work of Dahlgren (Dahlgren & Rasmussen 1983; Dahlgren et al. 1985) and continues to be recognized as a distinct family (APG 2003; Stevens 2001). The family comprises ± 40 genera and some 900 species widely distributed in temperate to tropical regions, with the highest diversity in southern Africa and in the region from the Mediterranean to South-West Asia. (Stedje 1996). Hyacinthaceae are broadly employed for purposes ranging from the treatment of hangovers, rheumatic fever, sprains, syphilis and cancer, to the bewitchment of neighbors and securing of good fortune (Pohl et al. 2000). The genus Muscari Mill., which belongs to the Hyacinthaceae family, has 29 species in Turkey (Eker & Koyuncu 2008; Doğu & Bağcı 2009). Muscaries are excellent bulbous plants which are generally called grape hyacinths and they deserve a greater breeding effort because of their excellent horticultural characteristic © The Author(s), 2013

(Nakano et al. 2005). In addition, a number of polyphenolic compounds, which have pharmacological importance because of their antimutagenic effects, have been isolated from some Muscari species (Miadokova et al. 2002). Muscari vuralii Y. Bağcı & Doğu (Fig. 1) has been recently published rare endemic species known from only two localities in South Anatolia. Because of the threats on two populations, the species was evaluated as critically endangered (Doğu & Bağcı 2009). Although there are some anatomical studies on Muscari species in Turkey, an anatomical study has not been carried out on M. vuralii. This study reports vegetative anatomical structure of the species. Material and methods M. vuralii specimens were collected from Karaman (C4 KARAMAN: Sarıveliler, Atalanı places, stepe, 1950 m, 25. April 2009, S. Doğu and M. Dinç) (Fig. 2). The samples were put in 70 % alcohol for anatomical studies. Anatomical studies were carried out on 10 samples. In these samples, leaves and scape cross-sections were

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Fig. 1. General appearance of Muscari vuralii.

Fig. 2. Distribution map of Muscari vuralii in Turkey.

studied with the lower and upper surface sections of the leaves. On average, twenty preparations were made of each type of sections. The crosssections were stained with basic fuchsine. All sections were covered by glycerin gelatin and made into permanent slides as described by Vardar (1987). Preparats were observed through an Olympus BX-50 microscope and photographed. Results Scape anatomy The scape is more or less terete in transverse section. The epidermis is single-layered and consists of almost square and rectangular cells, and covered by a thick layer of cuticle. There are no hairs on the epidermis. The 6-10-layered cortex consists of orbicular or hexagonal parenchymatic cells. Underneath the cortex, the

sclerenchymatic tissue constitute a circular band along the transection of the scape. The vascular bundles are distributed on two rows. The vascular bundles on outer row are smaller than the inner ones and partly or completely sunk into sclerenchymatic tissue. The parenchymatic cells fill up the area under the sclerenchymatic band. The vascular bundles on inner row are larger and located in the parenchymatic cells (Fig.3). Leaf anatomy The leaves are equifacial. The upper and lower epidermis are uniseriate and covered by a cuticle (Fig. 4). The stomata are visible in some transections of the leaf. The upper cuticle is thinner than the lower cuticle. Beneath upper and lower epidermis, 1-layered palisade parenchyma is present. The spongy parenchyma between the two palisades is 8-11-layered. It

Doğu S., Dinç M. Anantomy of Muscari vuralii

Fig. 3. The transverse section through the scape of Muscari vuralii: co – cortex; cu – cuticle; e – epidermis; ivb – inner vascular bundle; ovb – outher vascular bundle; ph – phloem; r – raphide crystals; sc – scleranchyma; vb – vascular bundle; x – xylem.

Fig. 4. The transverse section of the leaf (A) and vascular bundle (B) of Muscari vuralii: cu – cuticle; le – lower epidermis; ph – phloem; pp – palisade parenchyma; r – raphide crystals; sp – spongy parenchyma; st – stoma; ue – upper epidermis; x – xylem.

consists of nearly orbicular cells, some of them contain raphide type crystals (Fig. 5). Vascular bundles are arranged in a single row in spongy parenchyma. The vascular bundle in the midrib region is not conspicuously larger than the others. Therefore, the midrib do not constitute a projecting part (Figs.4).

stomata is nearly the same for upper and lower surfaces. Some stomata on the lower surface are triplet or twin. The epidermal cells on both surfaces are very long and narrow. They are 10× as long as wide on avarage (Fig. 6).

Leaf surface micromorphology The leaves are amphistomatic with anomocytic type of stomata. The stomata lie at the same level as the epidermal cells. Namely, they are of mesomorphic type. On avarage, nine stomata occur on the upper surface in the unit area under the ×20 objective. The number of the

Anatomical features of M. vuralii scapes are resemble to the general characteristics of monocotyledons (Cutter 1971). In addition, the present study and those previously carried out on Muscari species in Turkey have showed that Muscari species exhibit anatomical similarity largely with regart to scape anatomy, mesophyll

Discussion and conclusions

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Fig. 5. Raphide crystals in the spongy parenchyma cells of the leaf in Muscari vuralii.

Fig. 6. The upper (A) and lower (B) surfaces of Muscari vuralii leaf: e – epidermal cell; st – stoma; trs – triplet stomata; ts – twin stomata.

anatomy, leaf surface anatomy and crystal content (Uysal 1992; Kandemir et al. 2000; Gürsoy & Şık 2010). But there are some differences among the species in detail. While M. vuralii has triplet and twin stomata on the lower surface of the leaf, M. latifolium J. Kirk, M. armeniacum Leichtlin ex Baker, M. neglectum Guss. ex Ten. and M. bourgaei Baker have not them. The distribution and shape of calcium oxalate crystals in plant tissues may be taxonomically useful in monocotyledons (Prychid & Rudal 1999). Hovewer, the occurrance of the raphide type crystals in M. vuralii, M. latifolium, M. armeniacum and M. neglectum along with the related genera Scilla L. and Bellevalia Lapeyr. do not support this hypothesis (Uysal 1992;

Kandemir et al. 2000; Satıl & Akan 2006; Gürsoy & Şık 2010; Kahraman et al. 2010; Doğu et al. 2011). References APG 2003. Angiosperm Phylogeny Group. An update of the angiosperm phylogeny group classification for the orders and families of flowering plants: APG II. Bot. J. Linn. Soc. 141: 399–436. Cutter E.G. 1971. Plant anatomy: Experiment and interpretation, Part 2, Organs. Addison-Wesley Publishing Company, London. Dahlgren R.M.T., Rasmussen F.N. 1983. Monocotyledon evolution: Character and phylogenetic analysis. Evol. Biol. 16: 255–395.

Doğu S., Dinç M. Anantomy of Muscari vuralii

Dahlgren R.M.T. Clifford H.T., Yeo P.F. 1985. The Families of the Monocotyledons. Springer-Verlag, Berlin. Doğu S., Bağcı Y. 2009. Muscari vuralii sp. nov. (Liliaceae/Hyacinthaceae) from South Anatolia, Turkey. Nord. J. Bot. 27: 243–246. Doğu S., Dinç M., Ünal A. 2011. Anatomical characteristics of Bellevalia mathewii Özhatay & Koçak (Liliaceae). Biodicon 4 (3): 14–18. Eker İ., Koyuncu M. 2008. Muscari babachii sp. nov. (Hyacinthaceae) from south Anatolia. Nord. J. Bot. 26: 49–52. Engler A., Prantl K. 1930. Die Natürlichen Pflanzenfamilien. Volume 15a. Verlag von Wilhelm Engelmann, Leipzig. Gürsoy M., Şık L. 2010. Batı Anadolu’daki Muscari armeniacum Leichtlin Ex Baker ve Muscari neglegtum Guss. Türleri Üzerine Karşılaştırmalı Anatomik Araştırmalar. C.B.U. J. Scie. 6: 61–72 Kahraman A., Celep F., Doğan M., Koyuncu M. 2010. Morpho-anatomical studies on Bellevalia paradoxa Boiss. belonging to Liliaceae. Aust. J. Crop. 4 (3):150–154 Kandemir N., Ergen Akçin O., Cansaran A. 2000. A morphological and anatomical investigation on some geophytes distributed in the vicinity of Amasya. Herb. J. Syst. Bot. 7 (2):127–147. Miadokova E., Masterova I., Vlckova V., Duhova V., Toth J. 2002. Antimutagenic potential of homoisoflavonoids from Muscari racemosum. J. Ethnopharmacol. 81: 381–386.

Nakano M., Tanaka S., Kagami S., Saito H. 2005. Plantlet regeneration from protoplast of Muscari armeniacum Leichtl. ex Bak. Plant Biotechnol. 22: 249– 251. Prychid C.J., Rudal P.J. 1999. Calcium oxalate crystals in motocotyledons: A review of their structure and systematics. Ann. Bot. 84: 725–739. Pohl T.S., Crouch N.R., Mulholland D.A. 2000. Southern African Hyacinthaceae: Chemistry, bioactivity and ethnobotany. Curr. Org. Chem. 4: 1287–1324. Satıl F., Akan H. 2006. Liliaceae Familyasından Bazı Endemik ve Nadir Geofitler Üzerinde Anatomik Araştırmalar. Ekoloji 15 (58): 21–27. Stevens P.F. 2001. Onwards. Angiosperm Phylogeny Website. Version 9, June 2008 [and more or less continuously updated since]. www.mobot.org/ MOBOT/research/ APweb/. Stedje B. 1996. Hyacinthaceae. In: Polhill R.M., Balkema A.A. (eds.), Flora of Tropical East Africa. Kew, Rotterdam. Uysal I. 1992. Kazdağı (B1 Balıkesir) Endemik Bitkileri Üzerinde Morfolojik ve Ekolojik Araştırmalar I “Allium flavum L. subsp. flavum var. minus Boiss. ve Muscari latifolium Kirk.”. Turk. J. Bot. 16: 299–310. Vardar Y. 1987. Botanikte Preparasyon Tekniği: 25–26. Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Basımevi.

FREE INTERNATIONAL ASSOCIATION OF RESEARCHERSON NATURAL SUBSTANCES 09 (WWW.FIARNS09.NET)

The Board

Mission

D. EGAMBERDIEVA - University of Tashkent, Uzbekistan O.O. OYESIKU- University AgoIwoye, Nigeria M.J. SILVA University of Concepcion, Chile A. TIEZZI - Tuscia University, Viterbo, Italy P. K. AGRAWAL – Natural Product Inc., Ohio, USA K. SHAKHYDOYATOV – Istitute of the Chemistry of Plant Substances, Tashkent, Uzbekistan

"FIARNS09 will contribute in enlarging the status of knowledge on Natural Substances and their Biological Applications by improving collaboration among Scientists from different Countries"

Founders and Place of the Association Antonio Tiezzi, Donatella Ceccarelli, Elisa Climati, Fabio Mastrogiovanni, Elisa Ovidi, Doriana Triggiani Laboratory of Plant Cytology and Biotechnology. Department for Innovation in Biological, Agro-food and Forest systems, Tuscia University, Largo dell'Università blocco D - 01100 Viterbo Italy.

Modern Phytomorphology 3: 35–38, 2013

OVULES ANATOMY OF SELECTED APOMICTIC TAXA FROM ASTERACEAE FAMILY Krystyna Musiał * & Maria Kościńska-Pająk ** Abstract. The present paper reports on our observations on the ovule structure of autonomous obligatory apomicts. We analyzed two triploid species of Taraxacum: T. udum, T. alatum and two triploid species of Chondrilla: Ch. juncea, Ch. brevirostris. The ovules of all studied species show a structure typical for the members of Asteraceae. One basal ovule develops into an inferior and unilocular ovary. The ovule is anatropous, tenuinucellate and unitegmic. Structural changes were observed in the ovule at the time of the embryo sac maturation. The innermost layer of integument develops into an endothelium surrounding the female gametophyte. Moreover, considerable modifications occurred in the integumentary cell layers adjacent to the endothelium. These cells show signs of programmed cell death and their walls begin to thicken. Histological analysis revealed that the prominent thick cell walls were rich in pectins. Layers of thick-walled cells formed a special storage tissue which, most likely, is an additional source of nutrients necessary for the proper nourishment of a female gametophyte and then of a proembryo. Key words: Taraxacum, Chondrilla, Asteraceae, apomixis, ovule Department of Plant Cytology and Embryology, Jagiellonian University, 52 Grodzka, 31-044 Cracow, Poland; *k.musial@uj.edu.pl, ** maria.pajak@uj.edu.pl

Introduction Apomixis occurs in many wild species but is not found in any food crop plants. Apomictic reproduction leads to the formation of populations that are genetically uniform maternal clones, and due to this fact apomixis is of a great interest in plant breeding. The introduction of apomixis into agriculturally important sexual genotypes could allow for the fixation of heterozygosity and hybrid vigour which may result in tremendous benefits to agriculture and seed production (Bhat et al. 2005; Bicknell & Bicknell 1999; Bicknell & Koltunow 2004; Carneiro et al. 2006; Noyes 2008; Van Baarlen et al. 1999). Apomictic mode of reproduction was found in over 40 plant families but it is especially prevalent within the three families, i.e. Poaceae, Rosaceae, and Asteraceae (Asker & Jerling 1992; Bicknell & Koltunow 2004). Apomixis in the Asteraceae is frequently autonomous and apomicts are almost always polyploids (Noyes 2007). It is worth mentioning that some of the genera representing Asteraceae family, e.g. © The Author(s), 2013

Taraxacum and Hieracium, are used as model systems to investigate the genetic and molecular bases, and evolution of apomixis (Van Dijk 2003; Koltunow 2000). Taraxacum udum Jord., T. alatum H. Lindb., Chondrilla juncea L., Ch. brevirostris Fisch. & C.A. Mey. are species belonging to the subfamily Cichorioideae, the tribe Cichorieae and the subtribe Crepidinae (Adenberg et al. 2007). They have been previously studied cariologically and embriologically (Kościńska-Pająk 2006; Kościńska & Bednara 2006; Marciniuk et al. 2010). Caryological analysis showed that these species are triploids and embryological investigations were focused on the observations of micro- and megasporogenesis, on embryo and endosperm development. It was shown that these species are obligatory apomicts with diplosporous embryo sacs of the Taraxacumtype in which the embryo and endosperm develop autonomously without fertilization. In previous studies, the ovule anatomy has not received sufficient attention. Therefore this research was focused on the description of the ovule structure.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Material and methods

Inflorescences of studied species were fixed in FAA and stored in 70% ethanol. Dehydrated material was embedded in paraffin or in LR White acrylic resin. Paraffin sections 10 μm thick were stained by Heidenhain’s hematoxylin with alcian blue. Semithin sections were stained with toluidine blue. The periodic acid-Schiff (PAS) reaction was used for the localization of insoluble polysaccharides. Additionally, some samples were cleared in methyl salicylate. Paraffin and semithin sections were examined with a Nikon 400 Eclipse microscope. For analysis of cleared ovaries Nikon Eclipse 80i microscope equipped with Nomarski interference contrast optics was used. Results and discussion The Taraxacum and Chondrilla species under investigation have an inferior and unilocular ovary in which one anatropous, tenuinucellate and unitegimic ovule develops (Fig. 1a). Similar structure of ovary and ovule was also described in the other members of Asteraceae ( Johri et al. 1992). In the ovules of the investigated species the restitution nucleus was formed after a disturbed first meiotic division. The second division led to the formation of two unreduced megaspores, i.e. diplodyad. At this developmental stage we observed the formation of uniseriate integumentary tapetum (endothelium) which originated from the innermost layer of the massive integument (Fig. 1b). The endothelium cells were radially elongated with dense cytoplasm surrounding the prominent nucleus. This layer is considered to provide nutrition for the female gametophyte and embryo (Kapil & Tiwari 1978). In older ovules, considerable changes were observed in the integumental cell layers adjacent to the endothelium. At the stage of four-nucleate embryo sac, the walls of those cells started to thicken and finally mature female gametophytes were surrounded by cells with extremely thick walls (Fig. 1c, d). The lumen of the cells was considerably reduced, most likely the cells showed signs of programmed cell death.

Histological analysis revealed that the thick cell walls were PAS positive (Fig. 1e) which indicates that the material deposited in the walls is rich in water insoluble polysaccharides. Similarly, PAS positive thick-walled layers were observed in the ovules of T. linearisquameum Soest and T. gentile G.E.Haglund & Rail. (Musiał et al. 2012). It should also be noted that Koltunow et al. (1998) observed intensive liquefaction of the integument cells surrounding the embryo sac in the ovules of apomictic Hieracium. The authors emphasized that this special zone probably plays a nutritive role and may have facilitated the evolution of the apomictic trait in this genus. The tissue observed around the female gametophyte of the investigated Taraxacum and Chondrilla species seems to be an additional source of nutrients for the embryo and presumably reduces the importance of role played by endosperm. It is presumed that the occurrence of somatic nutritive tissue could explain why most of the apomicts in the Asteraceae show autonomous embryo development (Van Baarlen et al. 1999). References Anderberg A.A., Baldwin B.G., Bayer R.G. et al. 2007. Compositae. In: Kadereit J.W., Jeffrey C. (eds), The families and genera of vascular plants. VIII. Flowering plants, Eudicots, Asterales. 61–588. Springer, Berlin Heidelberg. Asker S.E., Jerling L. 1992. Apomixis in plants. CRC Press, Boca Raton, FL. Bicknell R.A., Bicknell K.B. 1999. Who will benefit from apomixis? Biotechnol. Dev. Monit. 37: 17–20. Bicknell R.A. & Koltunow A.M. 2004. Understanding apomixis: recent advances and remaining conundrums. Plant Cell 16: 228–245. Bhat V., Dwivedi K.K., Khurana J.P., Sopry S.K. 2005. Apomixis: An enigma with potential applications. Curr. Sci. 89: 1879–1893. Carneiro V.T.C., Dusi D.M.A., Ortiz J.P.A. 2006. Apomixis: Occurrence, applications and improvements. In: Teixeira da Silva J.A. (ed.), Floriculture, ornamental and plant biotechnology: Advances and topical issues (1st Ed., Vol. I): 564–571. Global Science Books, Isleworth. Johri B.M., Ambegaokar K.B., Srivastava P.S. 1992. Comparative embryology of Angiosperms. Springer-Verlag, Berlin. Kapil R.N., Tiwari S.C. 1978. The integumentary tapetum. Bot. Rev. 44: 457–490.

Musiał K., Kościńska-Pająk M. Ovules anatomy of selected apomictic Asteraceae taxa

Fig 1. Ovule structure of Taraxacum udum (a, c) and Chondrilla juncea (b, d, e): a – longitudinal section of ovary with anatropous, unitegmic ovule, arrowhead indicates two-nucleate embryo sac; b – diplodyad surrounded by integumentary tapetum; c – ovule at the stage of mature embryo sac, arrows point to a characteristic somatic nutritive zone around the integumentary tapetum, image was obtained from unstained cleared ovule using Nomarski DIC optic; d – semithin longitudinal section of ovule, arrow indicates layers of thick-walled cells; e – ovule after the periodic acid-Schiff treatment, PAS positive reaction is visible in thick walls of the integumentary cells adjacent to the endothelium (arrow). Abbreviations: ch – chalazal pole; es – embryo sac; f – funiculus; it – integumentary tapetum; m – micropylar pole.

38 Koltunov A.M., Johnson S.D., Bicknell R.A. 1998. Sexual and apomictic development in Hieracium. Sex. Plant Reprod. 11: 213–230. Koltunow A. 2000. The genetic and molecular analysis of apomixis in the model plant Hieracium. Acta Biol. Cracov., ser. Bot. 42: 61–72. Kościńska-Pająk M. 2006. Biologia rozmnażania apomiktycznych gatunków Chondrilla juncea L., Chondrilla brevirostris L. i Taraxacum alatum Lindb. z uwzględnieniem badań ultrastrukturalnych i immunocytochemicznych. 1–104. KonTekst, Kraków. (in Polish). Kościńska-Pająk M., Bednara J. 2006. Unusual microtubular cytoskeleton of apomictic embryo sac of Chondrilla juncea L. Protoplasma 227: 87–93. Marciniuk J., Rerak J., Grabowska-Joachimiak A., Jastrząb I., Musiał K., Joachimiak A. 2010. Chromosome numbers and stomatal cell length in Taraxacum sect. Palustria from Poland. Acta Biol. Cracov., ser. Bot. 52: 117–121.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Musiał K., Płachno B.J., Świątek P., Marciniuk J. 2012. Anatomy of ovary and ovule in dandelions (Taraxacum, Asteraceae). Protoplasma DOI 10.1007/ s00709-012-0455-x. Noyes R.D. 2007. Apomixis in the Asteraceae: diamonds in the rough. Funct. Plant Sci. Biotechnol. 1: 207–222. Noyes R.D. 2008. Sexual devolution in plants: apomixis uncloaked? Bioessays 30: 798–801. Van Baarlen P., Verduijn M., Van Dijk P.J. 1999. What can we learn from natural apomicts? Trends Plant Sci. 4: 43–44. Van Dijk P.J. 2003. Ecological and evolutionary opportunities of apomixis: insights from Taraxacum and Chondrilla. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B 358: 1113–1121.

Modern Phytomorphology 3: 39–44, 2013

FRUIT AND SEED DISCOVERIES IN STICHONEURON MEMBRANACEUM HOOK. F. (STEMONACEAE): AN ENDEMIC TO INDO-MYANMAR Koushik Majumdar & B.K. Datta Abstract. Stichoneuron membranaceum Hook. f. is an endemic species of Indo-Myanmar hotspot whose fruit and seed remained unknown to science since 1850, until they were collected from Tripura, Northeast India. Based on these gatherings, this study is the first report about the development and morphological features of fruit and seed. Earlier historical collections of this species were discussed. Its preferred habitat, possible pollinating agents and seed dispersal mechanism were also investigated. Key words: Stichoneuron membranaceum, morphology, fruit, seed, hermaphroditism Plant Taxonomy and Biodiversity Laboratory, Department of Botany, Tripura University Suryamaninagar, 799022 Tripura, India; majumdark80@gmail.com

Introduction Stemonaceae is a very important monocotyledon family, since it is the only source of the stemona alkaloids (Ye et al. 1994; Pilli & Ferreira 2000). The extracts from tuberous roots of Stemonaceae are popular to be used as insecticides and several other traditional medicines (Valkenburg & Bunyapraphatsara 2002; Inthachub et al. 2009). There are c. 3 genera (Croomia Torr., Stemona Lour. and Stichoneuron Hook. f.) and c. 25 species belonging to this family, mostly distributed in Southeast Asia but spreading also to tropical Australia and with even one species to Southeast United States (Duyfjes 1993). There are 2 genera of the family Stemonaceae having 5 species in India viz. Stemona tuberosa Lour., S. minor Hook. f., S. curtisii Hook. f., S. griffithiana Kurz and Stichoneuron membranaceum Hook. f. (Hooker 1892; Karthikeyan et al. 1989; Mabberley 2008). Genus Stichoneuron comprises 5 species, distributed from Northeast India to Thailand and Malay peninsula (Heywood 1978; Duyfjes 1992; Kubitzki 1998). S. membranaceum distributed in Meghalaya and Tripura of Northeast India (Hooker 1892; © The Author(s), 2013

Deb 1983), Sylhet of Bangladesh (Barbhuiya & Gogoi 2010) and Northern Burma (Tanaka et al. 2007; Inthachub et al. 2009). Whereas, species S. bognerianum Duyfjes, S. calcicola Inthachub, S. caudatum Ridl. and S. halabalensis Inthachub are mainly distributed in Peninsular Thailand and Malesia (Inthachub et al. 2009). Fruit and seed formation and their characteristics were well described for above mentioned four Peninsular-Malesian species; where fruit usually elongate, apex acute or beaked, seed broad-ellipsoid, longitudinally ridged, wide and hollow aril with a usually long funicle (Inthachub 2008; Inthachub et al. 2009). The botanical collection of S. membranaceum was firstly made by J.D. Hooker probably during 1850 from Khashi Hills of Meghalaya and afterward several other collections were also done from Indo-Maynmar hotspot. In the year 1941, R.N. De and K. Biswas collected S. membranaceum from Shylet of Bangladesh and Jampui Hills of Tripura respectively. During 1952 Koelz collected this species from Khasia Hills of Meghalaya where functionally male flowers were recorded. Subsequently its functional female flower was also collected by D.B. Deb in the year 1962 from Chailengta of

Modern Phytomorphology 3 (2013) 6

1192

1033

2689

5835

5073

20284

2012

2010

2007

1962?

1952

1941

1850

K. Majumdar TUH

Murata et al.

D.B. Deb

Koelz

K. Biswas

R. N. De

J.D. Hooker

MBK & TI

CAL

ASSAM

CAL

ASSAM

Herbarium Location

Srirampur, Kamalpur

Visam, North Tripura

Northern Burma

Chailengta

Cherrapunjee, Khasia Hills

Hmonpui, Jampui Hills

Ranpur plantation

Khasia Hills

Locality

Tripura

Meghalaya

Tripura

Meghalaya

State

Northeast

Northern

Northeast

Sylhet

Northeast

Region

India

Burma

India

Bangladesh

India

Country

Male / Female Present study

Male

Female

Male

Female

Flower Type

Tanaka et al. (2007)

Deb (1983)

Inthachub et al. (2009)

Deb (1983)

Barbhuiya and Gogoi (2010)

Hooker (1888)

Source

Collection Collection Collectors number Year name Distribution

Table 1. An account of the historical collections of Stichoneuron membranaceum by different workers from Indo-Myanmar hotspot.

Sl. No.

Tripura, North-east India; where he described anther cells as short and diverging, ovary half inferior with numerous ovules hanging from the top of the locule. After a long gap, Murata et al. gathered this species in 2007 from Northern Burma where functionally male flower was reported (Tanaka et al. 2007). Since then, no other specimen of S. membranaceum had ever been collected from this region, so that its fruit and seed still remained undescribed, even in the most recent revision of the genus Stichoneuron (Inthachub et al. 2009). However such data were urgently needed for understanding its taxonomy, reproductive biology and several aspects of conservation status and ecology. In present communication we summarized our observations on a sampling of fruits and seeds, very recently recognized on the field. In addition, we discuss the possible pollinating agents, seed dispersal mechanism and preferred habitat of S. membranaceum. Material and methods In course of our floristic inventory in Tripura (Majumdar et al. 2011), we collected its male flower from Visam (24° 07’ 13.10” N and 92° 16’ 34.10” E; alt. 2351 ft amsl), North Tripura and most recently the functionally female flower including fruits were collected from Srirampur (24° 07’ 33.10” N and 91° 46’ 00.7” E; alt. – 351 ft amsl), Kamalpur of Tripura. The semi-evergreen patches were observed in the Visam, of North Tripura; whereas the vegetation of Srirampur in Atharamura Hills range was dominated by deciduous trees with densely mixed bamboos. We were able to identify and collect only the functional male flowers in Visam, of North Tripura during May, 2010 and June, 2012. We did not observe any hermaphroditic flower or any trace of fruit in that area. During February, 2012 both male and hermaphroditic flowers were collected from Srirampur in Atharamura Hills range of West Tripura district. And during June, 2012 we were able to collect both mature fruit and seed from Srirampur area. Observations on fruits and flower traits were carried out directly on fresh specimens living in their natural habitats and also counts or measures were

Majumdar K., Datta B.K. Fruit and seed discoveries in Stichoneuron membranaceum done at the laboratory using Opta-Tech zoom microscope. Other ecological characters were documented in the field. The world history of S. membranaceum collections from Indo-Myanmar hotspot are chronologically arranged in Tab. 1. Corresponding herbarium sheets (K. Majumdar 1033 and 1192) were deposited at TUH (Tripura University Herbarium). Results and discussion Male flowers (Fig. 1 c, e, f) c. 3.3 mm diam., pedicel 2.4-6.33 mm long; tepals 4, subtriangular, recurved, pale green, 0.95-1.55 mm × 0.34‑0.72 mm, hairy ( c. 0.11 mm) outside; stamens 4, filament 0.81-0.92 mm long, dark purple papillose (c. 0.07 mm), anther bright orange, 2 dorsifixed thecae, c. 0.34 mm × 0.31 mm. Hermaphrodite flowers (Fig. 1 d) c. 4.8 mm diam., pedicel 11.46 -12.29 mm long; tepals 4, subtriangular, recurved, pale green, 1.21‑1.93 mm × 0.42-0.97 mm, glabrous inside, hairy (c. 0.14 mm) outside; stamens 4, stout, filament base adnate to tepals, filaments 0.75‑0.86 mm long, violet-dark purple papillose, anther diverging into three small yellow thecae on the top of the filament, c. 0.26 mm long, two white glands, dorsifixed. Ovary (Fig. 1 i) minute, green, smooth, ovoid, semi-inferior, 0.33‑0.62 mm × 0.47-0.56 mm, style absent, stigma inconspicuous, ovule basal. Fruits (Fig. 1 j, m, n) capsular, glabrous, narrowly ovoid with 2-valved, 8.11-20.44 mm × 4.20-7.19 mm, apex beaked 1.5-2 mm long, dark green (immature) to pale green (mature), pedicel 5-10 mm long. Seeds (Fig. 1 o, p) 1-5, black, broadly ellipsoid, 4.75-5.14 mm × 2.06-2.46 mm, sharp longitudinal ridged; base surrounded by lobed and white, hollow papery aril c. 7.22 mm high, funicle long. The flowers of Stichoneuron are monocarpellary and rarely functionally unisexual, as a prefiguration of some dimorphism (Duyfjes 1991; Kubitzki 1998; Rudall et al. 2005), whereas it was also assumed that hermaphroditic-looking

flowers are either functionally female or male in S. bognerianum, S. caudatum and S. halabalensis (Duyfjes 1993). The description and drawing provided by Hooker involved a functionally female flower with patent reduced stamens, a larger ovary (c. 1.5 mm across) than in the other known species and possibly two stigmas on the top of the conical style (Inthachub et al. 2009). But we recorded its ovary as only 0.33 -0.62 mm long × 0.47-0.56 mm diameter, which is very near the known range of ovary diameter i.e. c. 0.50 mm across recorded for other Stichoneuron species. However, its functional male flower was also recorded much smaller than in all other Stichoneuron species (Tanaka et al. 2007); and these ones exhibit a less pronounced functionally male and female dimorphism, based on the small number of flowers seen (Inthachub et al. 2009). Thus, hermaphroditic flowers of S. membranaceum have pedicel c. 10 mm long and corolla c. 4 mm in diameter, whereas in male flower pedicel is 3-6 mm long and corolla c. 3 mm in diameter only. Dimorphic flowers could be recognized in the field by bright orange dorsifixed thecae (2) on top of the filament in slightly smaller staminate (male) flower, while pale-yellow thecae (3) separated on the top of the filament in pistillate (female) flower with addition of two white glands. Nevertheless, Inthachub et al. (2009) also suggested that the flowers of S. membranaceum are protandrous with initially forward directed protruding stamens with orange-yellow pollen and minute ovary, and ovary possibly develops later when the stamens with empty anthers are laterally pushed away. The availability and sexual differences in population may be due to seasonal and microhabitat preferences; which are generally high in herbs due to more allocation of energy to reproduction (Bawa & Opler 1975) and easily perceptible within the population than between different microsites (Meagher 1980). However, competition between male for mates might increased the male flowering population of S. membranaceum in both habitats. We also observed that female plants were growing larger, with larger leaves and stem,

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Fig. 1. Stichoneuron membranaceum: a – habit; b – inflorescence along the midrib of the leaf; c – male inflorescence and functional male flower before anther dehiscence (inset); d – hermaphrodite inflorescence and functional female flower (inset); e – male flower after anther dehiscence; f – stamen of the functional male flower; g – functional female flower; h – stamen of the functional female flower; i – ovary; j – mature fruit; k – ovule; l – immature seed; m – 5-seeded capsule; n – single-seeded capsule; o – seed with papery aril; p – mature seed. See text for sizes.

Majumdar K., Datta B.K. Fruit and seed discoveries in StichoneuronÂ membranaceum population was much less frequent, flowering later than the males especially at the end of the growing season. The females produced smaller quantity of flowers slightly larger than the male flowers. These differences in secondary sex characteristics in S. membranaceum may have been due to the cost of seed production. Because females contribute more to fruit production and embryo development, the cost of producing an offspring is assumed to be greater for females (Cavigelli et al. 1986). Pollination in S. membranaceum is entomophilous and might be enhanced mostly by Diptera species. Although flowers are small in size, but the special position of inflorescences lying on midrib of the leaf may provide enough support for landing of relatively larger insects like bees and butterflies etc. We observed that the same habitats were tremendously frequented by several pollinating insects especially butterflies. This may result from the uniqueness of marginal vegetation along the streams, diversity of seasonal foraging plants, random sunlight penetration, shadiness, lower temperature and availability of water and mud minerals etc. facilitating an ideal habitat for greater pollinator diversity. However the attractive orange-yellow anther of S. membranaceum may have enough roles in cross-pollination. Because hermaphroditism result the benefits of some features for pollinator attraction and dual roles of promoting both male and female floral functions (Charnov 1976; Givnish 1980). Seed may disperse by rain and dry papery aril with long funicle may help during floating and carrying on long distance. However, being the stream marginal habitat and water current during monsoonal season at most may limit seeds to deposit on the suitable substratum or preferred habitat and easy germination in water logging condition. Hence, many seeds may simply washout with stream water and excessive moisture of crevices in rock bed may restricts its easy regeneration. S. membranaceum also has short rhizome, with crowded roots lacking tubers supporting both older and newer branches for several years; possibly they have rhizomatous multiplication potentiality. It will be very imperative if the seed viability, dispersal,

germination, seedling growth and regeneration status would be investigated in more details. S. membranaceum generally prefer to grow along the banks of seasonal streams, sometime on the rock beds. Both the localities were recorded under this study situated in two different districts, which are quite different in terms of geography, altitude, soil characteristic and other biological associations of the microhabitats. The association of S. membranaceum was dominated by the species mostly belonging to Urticaceae, Begoniaceae and Agavaceae etc. However, Tacca integrifolia Ker-Gawl., Polygonum strigosum R. Br., Elatostema platyphyllum Wedd., Boehmeria platyphylla D. Don., Pilea glaberrima (Bl.) Bl., Begonia surculigera Kurz., Pleomele spicata (Roxb.) N.E., Pleomele angustifolia (Roxb.) N.E., Brassaiopsis glomerulata (Bl.) Regel., etc. and several fern species were also observed. Although, we do not have any information about pollen morphology, production, viability, sireing ability of pollen and other aspects of pollination biology both from hermaphrodite and staminate individuals. The present population of S. membranaceum was androdioecious, where both hermaphrodite (fewer) and androecious (dominant) populations were present and such androdioecy is extremely rare among angiosperms (Mayer & Charlesworth 1991; Pannell 1997; Manicacci & DesprĂŠs 2001). Because male exhibits more than a twofold advantage in survival and (or) male fitness compared with hermaphrodites to be maintained in natural populations (Lloyd 1975; Fetscher 2001). It is also assumed that the present trend may turn in the line of evolutionary biology from hermaphroditism to dioecy and possibly through different transient phases. Where morphological hermaphrodites have no or very low male function as a result of indehiscent anthers and (or) nonfunctional, often inaperturate pollen (Mayer & Charlesworth 1991), and the sex ratio may be close to a typical dioecious 1:1 value (Manicacci & DesprĂŠs 2001).

Modern Phytomorphology 3 (2013) Conclusions

It will be very noteworthy to determine the quantitative population in terms of sex ratio and spatial association of males and females and to compare male and female size and age class distributions. Our preliminary data are a prelude for any further study in pollination, reproduction and evolutionary biology of S. membranaceum. Long-term investigation both in natural and controlled conditions would allow a better understanding of those unknown aspects. Acknowledgements The authors are grateful to Tripura Forest Department for financial assistance received through JICA Project and Prof. S. Sinha, HOD, Department of Botany, Tripura University for his valuable discussion during preparation of this manuscript. We are also thankful to Joydeb Majumder, Kanika Karmakar, Abhijit Sarkar, Dipankar Deb, and Montosh Roy for their help during fieldwork. References Barbhuiya H.A., Gogoi R. 2010. Plant collections from Bangladesh in the Herbarium at Shillong (Assam), India. Bangl. J. Plant Taxon. 17 (2): 141-165. Bawa K.S., Opler P.A. 1975. Dioecism in tropical forest trees. Evolution 29:167-179. Cavigelli M., Poulos M., Lacey E.P., Mellon G. 1986. Sexual dimorphism in a temperate dioecious tree, Ilex montana (Aquifoliaceae). Am. Midl. Nat. 115 (2): 397-406. Charnov E.L., Maynard S.J., Bull J.J. 1976. Why be an hermaphrodite? Nature 263: 125–126. Deb D.B. 1983. The Flora of Tripura State, Vol. 2, Today and Tomorrows’ Printers and Publishers, New Delhi. Duyfjes B.E.E. 1991. Stemonaceae and Pentastemonaceae; with miscellaneous notes on members of both families. Blumea 36 (1): 239–252. Duyfjes B.E.E. 1992. Formal description of the family Pentastemonaceae with some additional notes on Pentastemonaceae and Stemonaceae. Blumea 36 (2): 551–552. Duyfjes B.E.E. 1993. Stemonaceae. Flora Malesiana Ser. 1 11(2): 399–409. Fetscher A.E. 2001. Resolution of male-female conflict in an hermaphroditic flower. Proceedings of the Royal Society, Ser. B., Biol. Sci. 268: 525–529.

Givnish T.J. 1980. Ecological constraints on the evolution of breeding systems in seed plants: dioecy and dispersal in gymnosperms. Evolution 34: 959–972. Heywood V.H. 1978. Flowering plants of the world. Oxford University Press, London. Hooker J.D. 1892. The flora of British India. Vol. 6: 297– 299. L. Reeve & Co., London. Inthachub P. 2008. Taxonomic revision on the family Stemonaceae in Thailand. M.Sc. Thesis. Graduate School, Kasetsart University, Thailand. Inthachub P., Vajrodaya S., Duyfjes B.E.E. 2009. Review of the genus Stichoneuron (Stemonaceae). Edin. J. Bot. 66(2): 213–228. Karthikeyan S., Jain S.K., Nayar M.P., Sanjappa M. 1989. Florae Indicae Enumeratio: Monocotyledonae. Flora of India. Ser. 4. Botanical Survey of India, Calcutta. Kubitzki K.1998. Stemonaceae. In: Kubitzki K. (ed.), The families and genera of vascular plants. Vol. 3: 422– 425. Springer, Berlin, Heidelberg. Lloyd D.G. 1975. The maintenance of gynodioecy and androdioecy in angiosperms. Genetica 45: 325–329. Mabberley D.J. 2008. Mabberley’s plant-book. A portable dictionary of plants, their classification and uses. Third Edition. Cambridge University Press, Cambridge. Majumdar K., Datta B.K., Shankar U. 2011. Ten new additions of tree species to the Flora of Tripura state, North East India: Distributional range extension and geographic map. NeBIO 3 (1): 17–24. Manicacci D., Després L. 2001. Male and hermaphrodite flowers in the alpine lily Lloydia serotina. Can. J. Bot. 79: 1107–1114. Mayer S.S., Charlesworth D. 1991. Cryptic dioecy in flowering plants. Trends in Ecol. Eval. 6: 320–325. Meagher T.R. 1980. The population biology of Chamaelirium luteum, a dioecious lily. I. Spatial distributions of males and females. Evolution 34: 1127–1137. Pannell J. 1997. Variation in sex ratios and sex allocation in androdioecious Mercurialis annua. J. Ecol. 85: 57–69. Pilli R.A., Ferreira de Oliveira M.C. 2000. Recent progress in the chemistry of the Stemona alkaloid. Nat. Prod. Rep. 17: 117–127. Rudall J. P., Cunniff J., Wilkin P., Caddick R.L. 2005. Evolution of dimery, pentamery and the monocarpellary condition in the monocot family Stemonaceae (Pandanales). Taxon 54 (3): 701–711. Tanaka N., Tanaka N., Ohi-Toma T., Murata J. 2007. New or noteworthy plant collections from Myanmar (2). Aponogeton lakhonensis, Cryptocoryne cruddasiana, C. crispatula var. balansae and Stichoneuron membranaceum. J. Jpn. Bot. 82: 266–273. Valkenburg J.L.C.H., Bunyapraphatsara N. 2002. Plant resources of South-East Asia. 12 (2). Prosea Foundation, Indonesia. Ye Y., Qin G.W., Xu R.S. 1994. Alkaloids from Stemona tuberosa. Phytochemistry 37: 1201–1203.

Modern Phytomorphology 3: 45–50, 2013

POLLEN CHARACTERISTICS IN SOME DIOSPYROS SPECIES Olga Grygorieva 1*, Ján Brindza 2, Radovan Ostrovský 2, Svetlana Klymenko 1, Olga Grabovetska 3 Abstract. Aim of the work was to study the general characteristics and essential morphological traits of pollen grains viz the size, shape of pollen grains and number, form and position of apertures in Diospyros kaki L.f., D. virginiana L., D. lotus L. species and interspecies hybrid of D. virginiana × D. kaki. Significant differences were detected among the tested species and the interspecific hybrid as well as between individual genotypes of D. lotus, especially in the equatorial axis. Key words: Diospyros kaki, Diospyros virginiana, Diospyros lotus, pollen grains; morphological traits, hybrids M.M. Gryshko National Botanical Garden, National Academy of Sciences of Ukraine, 1 Timiryazevska str., Kyiv, 01014, Ukraine; * ogrygorieva@mail.ru 2 Slovak University of Agriculture, Nitra, 2 Tr. A. Hlinku, Slovak Republic 3 Experimental field «Novokakhovske» Nikita Botanical Garden – National Science centre NAS of Ukraine, Nova Kakhovka, Ukraine 1

Introduction Genus Diospyros belongs to an extensive family Ebenaceae consisting of 7 genera. Yonemori et al. (2000) listed over 400 species forming the genus Diospyros and several of these species are of economic importance. The mild climatic region is suitable for growing and use in horticulture of three persimmon species – Diospyros kaki L.f., D. virginiana L. and D. lotus L. (Bellini & Giordani 2005). In Slovakia, persimmon species are cultivated in botanical gardens as well as by many small growers. The present knowledge on growing of these originally exotic plants clearly show the possibility of successful cultivation in local climatic conditions, preferably in the southern part of Slovakia. Research work and most studies of these species were concentrated for several years in the Slovak University of Agriculture in Nitra in close cooperation with the National Botanic Garden of the Ukraine National Academy of Sciences in Kiev (Grygorieva et al. 2009). For practical reasons, concerning the use and distribution of mentioned plant species in Slovakia, it is quite important to learn the biological peculiarities connected with flowering as well as with interspecific © The Author(s), 2013

variability and reproduction capacity in local climatic conditions. It is known that the persimmon flowers are prevailingly unisexual, only exceptionally being bisexual. It means that the plant bears both, the male and female flowers. Sometimes the dioecism occurs. Many individuals have only female flowers and the fruits can arise without fertilization – by parthenocarpy and they are seedless. Flowering biology complexity is for these species symptomatic, and it brings questions concerning several topics like the pollen grains characteristics designated in palinology as sporoforms. Information on the genus Diospyros pollen grain traits occurs scarcely in a few papers (Erdtman 1966; Kodela 2006; Geeraerts et al. 2009). The morphological characteristics of pollen grains are applied for taxonomic classification purposes, further for phylogenetic evaluation of plant species and detection of hybrid and polyploid forms (Erdtman 1966; 1986; Erdtman & Roger 2007). Then aim of this work was determination of pollen grains general characteristics and basic morphological traits in selected species from the genus Diospyros including the variability of examined species.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Material and methods

The pollen grains morphology was studied on Diospyros kaki, D. virginiana, D. lotus and interspecies hybrid D. virginiana × D. kaki. We have evaluated the basic morphological characteristics of tested persimmon species pollen grains – the size and shape, position, number and form of apertures (aperture – the thinned region of the sporoderma – wall pollen grain, usually function as sites of the germination). The pollen grain size has been determined by measuring the length of polar axis (P – the straight line between the distal and proximal poles of a pollen grain) and length equatorial axis (E – pollen width, the distance between the poles in equatorial part of pollen). The shape index (SI – the ratio of the length of the polar axis and equatorial axis) allowed determination of the pollen grains shape. The pollen grains are classified according to shape index into 9 shape classes (Dostál et al. 1966). The pollen size (length of polar axis and equtorial axis – width of pollen) and shape (SI – P/E) were measured in micrometers. Above mentioned morphological traits were measured and evaluated on 40–60 pollen grains (in polar position) of each species. Electron microscopes Carl Zeiss EVO LS 15 and РЕММА-102 (SELMI) enabled to distinguish and identify the pollen surface – structure, special ornamentation, upmost thickness of exine – sexine and aperture membrane structure. Morphological traits were evaluated on pollen samples collected in 2010 from female flowers during full flowering from the persimmon trees of species D. virginiana, cultivated in Kyiv (Ukraine), D. lotus – in Arborétum Mlyňany (Slovakia) and D. kaki – in Nitra (Slovakia). Pollen samples released from dry male flowers were further dried under laboratory conditions. For microscopic studies on morphological characteristics the dry pollen was used. Results and discussion Pollen grains of the genus Diospyros are solitery, defined as monades. This study showed

that pollen grains are radially symmetrical, isopolar and according to the localization of apertures they are zono-tricolporate. Three compound apertures are according to distribution equidistant. The size, the shape of pollen grains and the number of apertures are documented on Fig. 1. Pollen grains possess three prolonged apertures – colpi which are narrowed at poles. Additional pole is in the colpus middle at the equatorial centre (circular equatorial aperture). This classification correlates with literature data (Sowunmi 1995; Kodela 2006; Geeraerts et al. 2009). In some pollen grains were observed annuluses – an area of the exine surrounding a pore with thickened periphery or operculum – part of exine over the pore (Fig. 1). The exine membrane in an area of the colpus is granulated. From cytological point of view the pollen grains of most Diospyrus are bicellular with exception of D. kaki and D. lotus with unicellular pollen grains (ПоддубнаяАрнольди 1982). It means that generative cell division on sperm cells is accomplished in the pollen pocket. An important morphological characteristic is the size of pollen grains. Our data showed that the pollen grains of D. kaki, D. virginiana, D. lotus and interspecies hybrid D. virginiana × D. kaki are from medium size to large accordingly to Dostál et al. (1966). The length of polar axis (P) measured in the mentioned three species (Tab. 1) varied from 42.25 to 55.41 μm and the width of equatorial axis (E) was in range of 21.40‑32.47 μm. The highest values of mean length of polar axis (71.19 μm) and equatorial axis (33.14 μm) was recorded in pollen of the interspecies hybrid D. virginiana × D. kaki. Differences in values of the both indicators of pollen grain size (P and E) between this hybrid and other tested species were statistically significant. The significance of differences was observed also in the mean length of polar and equatorial axes in all analyzed species with exception of mean length of polar axis in D. kaki and D. lotus. The values of the coefficient of variation were in the range of 3.63-6.50% for polar and in the range of 6.15-7.56% – for equatorial axes. It suggests a low variability in pollen grains size of

Grygorieva O., Brindza J., Ostrovský R., Klymenko S., Grabovetska O A

Fig. 1. Pollen grains of Diospyros species in different position: A – D. lotus; B – D. virginiana; C – D. kaki; D – D. virginiana × D. kaki.

studied species, despite statistically significant intraspecific variability, illustrated in Tab. 1 (P = 48.00-51.39 μm and E = 23.56-27.78 μm). Results of morphological analysis of pollen in selected genotypes of D. lotus from Arborétum Mlyňany (Tab. 2) confirmed a higher intraspecific variability of pollen grains size as evidenced by the values of the coefficients of variation for polar (9.76-21.64%) and equatorial (7.09-9.29%) axes. It was found,

that pollen grains size varies considerably in one individual plant even (Ostrolucká & Križo 1989). Shape index (SI) of pollen grain depends on parameters of polar (P) and equatorial (E) axis. Shape index (the P/E ratio) of tested species varied from 1.75 in D. kaki to 2.18 – in D. virginiana (Tab. 2). According to the values of shape index the pollen grains can be classified as prolate or prolate-spheroidal. The shape indexes

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Table 1. The measured pollen morphological traits of Diospyros species: min – minimum value; max – maximum value; mean – arithmetic mean; SI – shape index (P/E); SEmean – standard error; CV – coefficient of variation (%). min

max

mean

SEmean

CV%

Homogeneous groups

D. kaki

43.97

54.06

48.73

0.91

6.50

–

D. lotus

42.50

50.50

48.00

0.50

3.63

–

D. virginiana

49.28

55.41

51.39

0.59

4.00

–

D. virginiana × D. kaki

63.17

80.54

71.19

0.48

6.30

–

D. kaki

24.58

32.47

27.78

0.57

7.20

1.75

D. lotus

23.97

31.17

26.06

0.56

7.56

1.84

D. virginiana

21.40

25.94

23.56

0.41

6.15

2.18

D. virginiana × D. kaki

30.20

36.51

33.14

0.50

5.00

2.14

Species P – polar axis (μm)

E – equatorial axis (μm)

ranging from 1.77 to 1.83 in the genotypes of D. lotus confirmed certain degree of identity substantiating thus the classification to shape class of prolonged pollen grains, i.e. with the vertical axis longer than equatorial one. In comparison with the data of Geeraerts et al. (2009) our results concerning the shape indexes of tested species are generally higher. On the other hand, the data shown in Table 1 and the values of shape indexes (1.28-1.33) presented in Tab. 3 verify that the pollen grains of Diospyros representatives are prolonged sporoformes with exception of D. lotus (Erdtman 1966; Geeraerts et al. 2009). Interesting values of shape index (1.79-1.82) for D. kaki are reported by Evrenosoglu & Misirli (2009). However, it is consistent with our result for this species (1.75) given in Table 1. Morphological traits variability could be influenced by the environmental factors, such as temperature, humidity and mineral nutrition. In case of pollen grain size, except the above mentioned factors, the inner factors are also of importance – especially the chromosomes number. Polyploid species are characterized by larger pollen grains with increased aperture numbers. Pollen size could be influenced even by different methodical procedures and approaches to pollen samples processing e.g. the pollen elaboration by acetolysis, using various agents like acetocarmine, KOH or processed without any chemicals, applying the dry pollen

method (Ostrolucká & Križo 1989). These factors can significantly influences on the pollen size. For example Sowunmi (1995) reported for D. mespiliformis Hochst. ex A.D.C. the mean value for polar axis length (P) of 42.4 μm (in range 39.0-46.0 μm) and the equatorial axis (E) of 31.2 μm (27.0-33.0 μm). Whereas Geeraerts et al. (2009) for the same species found the mean values for the length P – 32.3 μm and E – 24.8 μm. There were found also significant different values of the mentioned traits in D. lotus and D. virginiana presented in our study as well as in the study published by Geeraerts et al. (2009). The lengths of polar and equatorial axes were larger in pollen samples collected on localities of Slovakia. Nevertheless, in the paper of Geeraerts et al. (2009) an extensive knowledge on pollen morphological diversity was accumulated for different persimmon species. Kodela (2006) reports the evaluations for D. australis (R. Br.) Hiern., where the mean length of polar axis reached 36.9 μm and the equatorial one – 29.7 μm. Our results suggest a possible polymorphism of pollen obtained from individual genotypes of a given species grown in different ecological and geographical conditions, respectively. Colour of pollen grains is taken as a relevant trait from taxonomic point of view. The tested samples of persimmon pollen were of different yellow shades. The exine sculpture is also an important morphological trait, but its

Grygorieva O., Brindza J., Ostrovský R., Klymenko S., Grabovetska O

Table 2. The measured pollen morphological traits of selected genotypes of Diospyros lotus from Arborétum Mlyňany. Abbreviations see in Tab 1. Genotype

min

max

mean

CV%

Homogeneous groups

63.44

44.37

21.64

–

P – polar axis (μm) DL – AM 1

10.07

DL – AM 2

26.92

54.09

46.93

9.76

–

DL – AM 5

22.93

54.22

44.03

11.20

–

34.63

25.01

19.29

1.77

E – equatorial axis (μm) DL – AM 1

6.06

DL – AM 2

16.46

34.00

25.57

9.34

1.83

DL – AM 5

12.17

30.70

24.44

7.09

1.80

Table 3. Literature data on pollen morphological traits in some Diospyros species: P – polar axis; E – equatorial axis. Other abbreviations see in Tab 1. Plant species D. kaki L.f. – G1 D. kaki L.f. – G2

axis

min

max

mean

References

1.79

Evrenosoglu & Misirli (2009)

1.82

Evrenosoglu & Misirli (2009)

1.18

Geeraerts et al. (2009)

1.05

Geeraerts et al. (2009)

0.98

Geeraerts et al. (2009)

1.48

Geeraerts et al. (2009)

1.33

Geeraerts et al. (2009)

1.28

Erdtman 1966

51.6

53.7

52.6

29.0

29.5

29.4

50.8

54.2

52.6

28.4

29.6

28.9

D. abyssinica (Hiern) F. White P

–

22.9

–

11.4

D. kirkii Hiern D. lotus L. D. squarrosa Klotzsch D. virginiana L.

–

31.6

–

30.2

–

50.6

–

51.5

–

37.4

–

25.3

–

41.4

–

31.2

–

59.0

–

46.0

structural elements could be observed in detail only by SEM. Our SEM studies have shown that the sexine of tested species (Fig. 1) is not smooth but sculptured. There is domination of finely striation (striate), scarring (scabrate) or wrinkles, more markedly in D. virginiana, also with occurrence of perforations. Also significantly was distinguished D. kaki, its sexina is irregularly baculiform. Similar characteristics of sculpture elements for some species of

Diospyros are described by Geeraerts et al. (2009) and Kodela (2006). Conclusions Experimental studies were oriented on morphological characterization of pollen grains (sporoforms) of D. kaki, D. virginiana, D. lotus and interspecies hybrid D. virginiana × D. kaki with special attention paid to the size and

Modern Phytomorphology 3 (2013)

shape of pollen grains. Statistically significant differences in the length of polar and equatorial axes identifying their size and shape were detected between investigated taxa. According to values of shape index, the pollen grains can be included into the shape class verified as prolate or prolate-spheroidal. Pollen grains of tested species are radially symmetric and isopolar. Taking into account the appertures’ shape and their number they were classified as zonotricolporate. Our observations showed that not only pollen size, but also the type and the number of apertures together with microstructural characteristic of exine sculpture are important morphological traits, which are characteristic for each species. Certain polymorphism of pollen morphological traits in Diospyros species was detected. Analyses of tested species oriented to pollen grains morphology are of importance from various viewpoints – evolution and taxonomy of the genus provides new information and improves the knowledge about interesting plants, which despite of their exotic origin become a fully deserved concern of the Slovakia growers’ community. This is closely connected to the fact, that persimmon has an extending economical importance leading to an increased exploitation in practice especially as fruit species suitable for the branch of ecological agriculture. Acknowledgements This work has been supported by the „Excellence Center for Agrobiodiversity Conservation and Benefit (ECACB)“ project implemented under the Operational Programme Research and Development financed by European Fund for Regional Development, ITMS 26220120015.

References Поддубная-Арнольди В.А. 1982. Характеристика семейств покрытосеменных растений по цитоэмбриологическим признакам [Characteristics of the Angiosperm families by cytoembriological features]. Наука, Москва. (in Russian). Bellini E., Giordani S. 2005. Germplasm and breeding of persimmon in Europe. Acta Horticult. 685: 65–69. Dostál J., Futák J., Novák F.A. 1966. Flora of Slovakia. Vol. I. Press SAS, Bratislava. (in Slovak). Erdtman G. 1966. Pollen morphology and plant taxonomy. Vol. I. Angiosperms. 3rd ed. Hafner Publishing Company, New York. Erdtman G. 1986. Pollen morphology and plant taxonomy: An introduction to palynology. E. Brill, Leiden. Erdtman G., Roger P. 2007. An introduction to pollen analysis. Read Books, Wodehause. Evrenosoglu Y., Misirli A. 2009. Investigation on the pollen morphology of some fruit species. Turk. J. Agric. For. 33: 181–190. Geeraerts A., Raeymaekers J.A.M., Vinckier S., Pletser A., Smets E., Huysmans S. 2009. Systematic palynology in Ebenaceae with focus on Ebenoideae: Morphological diversity and character evolution. Rev. Palaebot. Palynol. 153 (3-4): 336–353. Grygorieva O., Klymenko S., Brindza J., Tóth D., Derevjanko V., Grabovecka O. 2009. Morphometrical analysis of Diospyros lotus population in the Mlyňany Arboretum, Slovakia. Acta Horticult. 833: 145–150. Kodela P.G. 2006. Pollen morphology of some rainforest taxa occuring in the Illawarra region of New South Wales, Australia. Telopae 11 (3): 346–389. Ostrolucká M.G., Križo M. 1989. Biológia samčích reprodukčných orgánov druhov rodu Quercus L. [Biology of male reproduction organs in species of the genus Quercus L.]. Veda, Bratislava. (in Slovak). Sowunmi M.A. 1995. Pollen of Nigerian plants. Grana 34 (2):120–141. Yonemori K., Sugiura A., Amada M. 2000. Persimmon genetics and breeding. Plant Breed. Rev. 19: 191–225.

Modern Phytomorphology 3: 51–56, 2013

ANALYSIS OF THE ABOVEGROUND AND ROOTS BIOMASS OF REDROOT PIGWEED (AMARANTHUS RETROFLEXUS L.) DEPENDING ON PLANT DENSITY Joanna Puła 1, 2 & Agnieszka Stokłosa 2 Abstract. The experiment aimed at comparison of the fresh and dry biomass of aboveground parts and roots of redroot pigweed (Amaranthus retroflexus L.) depending on plant density. A micro-plot (1m2 plots) experiment was set up in 2012 at the experimental station Totem Field at UBC, Vancouver, Canada, as a randomized block design with four replications per treatment. Three different densities of redroot pigweed were studied: 10, 30 and 50 pcs per 1 m2. Seeds were sown in two terms: I – 18th July and II – 6th August. Plants sown in the I term were of higher biomass and more diversed whereas plants sown in the II term developed smaller amounts of aboveground and root biomass. We conclude that in the later term of emergence root competition and seed production play more important role than aboveground competition. Key words: Amaranthus retroflexus, density, term of sowing, biomass categories Faculty of Land and Food Systems, University of British Columbia, MCML 325-2357 Main Mall, Vancouver, Canada, V6T 1Z4 (temporary address); rrpula@cyf-kr.edu.pl 2 Department of Agrotechnology and Agricultural Ecology, University of Agriculture, 21 Al. Mickiewicza, 31-120 Krakow, Poland; a.stoklosa@ur.krakow.pl 1

Introduction

Material and methods

Redroot pigweed (Amaranthus retroflexus L.) is a common, annual and spring weed, in the maize and root-crops (Mowszowicz 1986). In a population, plants of redroot pigweed exhibit large diversification of both, biomass accumulation and reproductive effort, which relate to the plant fitness (Wang et al. 2006). These traits may also influence the competitive potential of redroot pigweed against crop, depending on their emergence time. According to Weaver (1984), Weaver & McWilliams (1980) and Costea et al. (2004) plant morphology, i.e. length of stems, their diameter and number of branches are very changeable and depend on the environmental conditions. As a determining or stimulating factor, which can be displayed by the amount of biomass, can be both, density and timing of specimens’ emergence (Martin & Field 1988; Nagashima 1999). The aim of our study was to compare the biomass of aboveground parts and roots of redroot pigweed (A. retroflexus) plants, depending on their density in the two different sowing times.

The field experiment was carried out at the Totem Field experimental station of the University of British Columbia in Vancouver, in the vegetative season 2012. A micro-plot experiment was composed of 24 plots of 1 m2 area each, with three different plant densities: 10, 30, 50 plants per 1 m2, with 4 replications per treatment. Chemical parameters of soil: pH 6.3, organic matter – 7.4%, total C – 4.48%, total N – 0.2014%; soil texture: sand – 78.9%, silt – 16.3%, clay – 4.8%. A. retroflexus seeds were sown manually into the soil at a depth of 1-1.5 cm in the first experiment (I) in the early term, 18th July. The second experiment (II) was sown 4 weeks later, on 6th August. The distance between plants in rows and interrows was 20-25 cm. For the measurements, 10 plants in the flowering phase were dug out of soil from each plot with a total number of 40 plants per each density. The fresh mass of aboveground parts as well as of the roots was assessed after digging. The dry mass was assessed after drying plant material (roots and aboveground parts in the separate paper bags)

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Table 1. Fresh mass and dry mass (g) of aboveground parts and roots of redroot pigweed in the I experiment. Density pcs/1 m2

Parameters

Fresh mass of aboveground parts

263.8 b*

237.7 ab

Fresh mass of roots

28.4 b

23.3 ab

Table 2. Fresh and dry mass (g) of aboveground parts and roots of redroot pigweed in the II experiment. Parameters

Density pcs/1 m2 10

169.6 a

Fresh mass of aboveground parts

24.83 a*

33.23 a

27.69 a

19.3 a

Fresh mass of roots

6.56 a

10.06 b

10.56 b

8.41 a

12.49 b

11.93 b

3.12 a

4.43 a

5.14 a

Dry mass of aboveground parts

40.0 b

36.6 ab

29.1 a

Dry mass of aboveground parts

Dry mass of roots

12.1 b

10.7 ab

10.2 a

Dry mass of roots

* Different letters relate to the significant differences at p=0.05.

in the drier at 105°C for 48 hours. Both experiments were analyzed separately. One way ANOVA was performed for the data. Means were separated using Duncan test at p=0.05. For the aboveground parts and roots the weight categories were distinguished and their frequencies displayed on the graphs.

there was a reverse trend noted (Tab. 2). For the fresh mass of plants in the I experiment there were 14 and 7 weightcategories distinguished, for aboveground parts and roots, respectively. The aboveground parts were categorized every 50 grams (Fig. 1) and roots were categorized every 10 grams (Fig. 2). The frequencies of plants per each category were differentiated, depending on their density (Fig. 1). At the lowest density (10 pcs per 1m2) plants developed the highest biomass, and the largest share of plants was in the categories 70‑120 g and 120-170 g. Single plants of this density were noted also in the highest categories >520 g, where no plants of higher densities (30 and 50 pcs per 1m2) were observed. For the density of 30 pcs per 1m2 the highest number of plants was noted for the lower weight-categories: 120-170 g and 220-270 g – 270‑320 g. Also plants of the highest density of 50 pcs · m-2 developed the lowest biomass, which is represented by the highest frequencies of plants in the lowest weight-categories: from 70 to 220 g (Fig. 1). The distribution of root biomass of redroot pigweed was similar to the aboveground parts. Plants of the lowest density developed the biggest root system. Roots of plants of this density were found in the all categories, with the highest frequency in the 10-20 g root-weight-category. Plants of 30 pcs per 1 m2 density developed the higher number of roots in the weight-categories of 10-20 g and 20-30 g. Roots of plants of the highest density were found only in the two lowest weight-categories 0-10 g and 10-20 g (Fig. 2).

Results and discussion In the first experiment (I) plants of redroot pigweed developed significantly higher aboveground and root biomass, when grown at the lowest density (Tab. 1). Similar relationships were noted for the dry mass. This is a result of low intraspecies competition and thus the possibility for a more intensive branching and vegetative growth (Cheplick 2001; Wang et al. 2006). Plants sown in the later term (II experiment) developed by about 10-times lower biomass, as compared to the I experiment (Tab. 2). In this experiment there was no influence of the plant density on aboveground and root fresh mass. The lower diversity in biomass accumulation could be a result of a shorter time for development, and for this reason plants do not invest in the biomass production, instead the effort is placed upon the generative development (Wang et al. 2006). Comparing the trends of changes of root biomass between the different densities it was observed, that in the I experiment (early sowing) the root biomass was significantly decreasing with the increased plant density (Tab. 1). For the delayed term of sowing (II experiment),

PuĹ&#x201A;a J., StokĹ&#x201A;osa A. Biomass of redroot pigweed depending on plant density

Frequency (pcs)

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 20,0170,00 g

120,01170,00 g

220,01270,00 g

320,01370,00 g

420,01470,00 g

520,01570,00 g

630,01720,00 g

Weigth classes 10

Frequency (pcs)

Fig. 1. Fresh mass of aboveground parts of redroot pigweed in the experiment I.

26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0,01-10,00g 10,01-20,00 g 20,01-30,01g 30,01-40,00 g 40,01-50,00 g 50,01-60,00 g 60,01-70,00 g Weigth classes 10

Fig. 2. Fresh mass of roots of redroot pigweed in the experiment I.

20 18

Frequency (pcs)

16 14 12 10 8 6 4 2 0 10,0120,00 g

20,0130,00 g

30,0140,00 g

40,0150,00 g

50,0160,00g

60,0170,00

70,0180,00 g

80,0190,00 g

90,01100,01100,00 g 110,00 g

Weigth classes 10

Fig. 3. Dry mass of redroot pigweed aboveground parts in the experiment I.

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Frequency (pcs)

28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 6,01-8,00g

8,01-10,00 g

10,01-12,00g

12,01-14,00 g

14,01-16,00 g

16,01-18,00 g

18,01-20,00 g

Weigth classes 10

Frequency (pcs)

Fig. 4. Dry mass of redroot pigweed roots in the experiment I.

32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 20,01-30,00g

30,01-40,00 g

40,01-50,01g

50,01-60,00 g

60,01-70,00 g

Weigth classes 10

Fig. 5. Fresh mass of aboveground parts of redroot pigweed in the experiment II.

The distribution of the dry mass of aboveground parts (Fig. 3) and roots (Fig. 4) of redroot pigweed was very similar to the distribution of the fresh mass (Fig. 1-2). As expected, the fresh mass of aboveground parts of redroot pigweed depended on their density. In the I experiment the distribution of plants of the lowest density within all categories was similar (Fig. 5). As for the plants of the highest density, visibly higher frequency was noted for the lowest weight-category. Plants of this density were not noted in the highest weight-categories. Interestingly, the highest frequency of fresh mass of roots was noted for plants of all densities in the weight-category 10-12 g, and within this category the highest frequency was noted for roots of the highest density (Fig. 6). In the II experiment the share of dry mass of the aboveground parts of redroot pigweed was different from the share of the fresh mass but

also similar for the three densities tested, except for the highest weight-category, where plants of the lowest density had the highest frequency (Fig. 7). The distribution of root biomass was more differentiated (Fig. 8). Roots of the lowest density dominated in the two weightcategories: 3-4 g and 5-6 g, also the single roots for this density were noted in the highest weight-categories. Roots of the medium density dominated in the same weight-categories, as the roots of the lowest density. Roots of the highest density were located in the categories from 1-6 g, but the highest number of roots was noted for the highest weight-category for this density: 5-6 g. (Fig. 8). The above results are confirmed by the literature. Also, when in the favorable conditions, plants tend to develop higher biomass, and canopy architecture is more diverse (Wang et al. 2006).

Frequency (pcs)

Puła J., Stokłosa A. Biomass of redroot pigweed depending on plant density 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 6,01-8,00g

8,01-10,00 g

10,01-12,00g

12,01-14,00 g

Weigth classes 10

Fig. 6. Fresh mass of roots of redroot pigweed in the experiment II.

40 35

Frequency (pcs)

30 25 20 15 10 5 0 5,01-10,00 g

10,01-15,00 g

15,01-20,00 g

Weigth classes 10

Frequency (pcs)

Fig. 7. Dry mass of redroot pigweed aboveground parts, experiment II.

30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 2,01-3,00g

3,01-4,00 g

4,01-5,00g

5,01-6,00g

6,01-7,00g

Weigth classes 10 30 50

Fig. 8. Dry mass of redroot pigweed roots, experiment II.

7,01-8,00g

Modern Phytomorphology 3 (2013) Conclusions

In the earlier time of emergence the increased density of redroot pigweed was a cause of decreased plant biomass. Later time of sowing resulted in a decreased aboveground biomass accumulation, and their increased homogeneity, as compared to the earlier time of sowing. At the same time the role of root competition was higher, which can suggest that in the delayed time of emergence the main effort is put into the production of seeds. Acknowledgements We thank the Dr. and Mrs. A. S. Dekaban Foundation for awarding scholarships to Dr. J. Puła. References Cheplick G.P. 2001. Quantitative genetics of mass allocation and the allometry of reproduction in Amaranthus albus; relation to soil nutriens. Int. J. Plant. Sci. 162: 807–816.

Costea M., Weaver S., Tardif F.J. 2004. The biology of Canadian weeds. 130. Amaranthus retroflexus L., A. powellii S. Watson and A. hybridus L. Can. J. Plant Sci. 84: 631–668. Martin M.P.L.D., Field R.J. 1988. Influence of time of emergence of wild oat on competition with wheat. Weed Res. 28 (2): 111–116. Mowszowicz J. 1986. Krajowe chwasty polne i ogrodowe. Wyd. II. PWRiL, Warszawa. Nagashima H. 1999. The processes of height-rank determination among individuals and neighborhood effects in Chenopodium album L. stands. Ann. Bot. 83: 501–507. Wang T., Zhou D., Wang P., Zhang H. 2006. Sizedependent reproductive effort in Amaranthus retroflexus: the influence of planting density and sowing date. Can. J. Bot. 84: 485–492. Weaver S.E. 1984. Differential growth and competitive ability of Amaranthus retroflexus, A. powellii and A. hybridus. Can. J. Plant Sci. 64: 715–724. Weaver S.E., McWilliams E.L. 1980. The biology of Canadian weeds. 44. Amaranthus retroflexus L., A. powellii S. Wats. and A. hybridus L. Can. J. Plant Sci. 60: 1215–1234.

Modern Phytomorphology 3: 57–62, 2013

THE POSSIBILITY OF USING 5-AMINOLEVULINIC ACID IN LEAD PHYTOEXTRACTION PROCESS Zbigniew Jarosz *, Katarzyna Dzida, Karolina Pitura, Joanna Konopińska Abstract. Studies conducted in the greenhouse involving a sunflower (Helianthus annuus L.) grown in medium containing 200 mg Pb ∙ dm-3 which were designed to evaluate the impact of foliar nutrition with 5-aminolevulinic acid (5-ALA) on the chemical composition of sunflower in reference to possible use of this plant in the process of induced phytoextraction. The study revealed from 4.8% to 34.1% increase in aboveground matter of sunflower which was sprayed by 5-ALA solution at concentrations of 0.01-0.1 ppm in comparison with plants grown in a medium containing 200 mg Pb ∙ dm-3 with no 5-ALA spraying. The sunflower leaves sprayed by 5-ALA solution contained from 3.78% to 27.1% more lead in comparison to plants not sprayed by this agent. As well as remarkable decrease in lead content from 17.4 to 33.4% was recorded in the roots of sunflower sprayed by 5-ALA solution. The lead content in plant shoots was independent from foliar application of 5-aminolevulinic acid. Key words: Helianthus annuus, heavy metals, phytoremediation, induced phytoextraction, 5-ALA, lead Department of Cultivation and Fertilization of Horticultural Plants, University of Life Sciences in Lublin, 58 Leszczyńskiego str., 20-068 Lublin, Poland; * zbigniew.jarosz@up.lublin.pl

Introduction Regarding the phytoremediation process considered as the most effective way of purifying the soil from heavy metals, the induced phytoextraction seems to be the most promising (Salt et al. 1998). According to Małkowski (2011), this process uses commonly cultivated species producing sufficiently large vegetative matter (such as mustard, sunflower or maize) and they are subsequently stimulated to uptake heavy metals by adding particular agents to the soil or directly onto the plants. To induce phytoextraction, following root chelators are usually used: ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), N,N-ethylenediaminedisuccinic acid (EDDS), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), nitrilotriacetic acid (NTA), citric acid, malic acid, etc. (Małkowski 2011). There are few literature reports on the possibility of inducing the phytoextraction by applying the foliar inductor. 5-aminolevulinic acid (5-ALA) is a nonprotein amino acid found in every living organism, playing the role of a chlorophyll precursor at plants ( Jarosz 2012; Tanaka et al. © The Author(s), 2013

2005). Memon et al. (2009) showed greater photosynthetic and antioxidant activity of 5-aminolevulinic acid at its foliar application in the cultivation of Chinese cabbage. Numerous studies revealed that regular use of 5-ALA resulted in a significant increase in the uptake of nutrients and ballast ions by some test plants (den Hertog 2008; Smolen & Sady 2010). These interesting results gave grounds for believing that regular use of 5-aminolevulinic acid would increase the uptake of heavy metals from the soil by plants that are not typical hyperaccumulators. Another factor that may have favored the phytoextraction of heavy metals by plants sprayed by 5-ALA is the phenomenon of transpiration intensification observed in some studies upon regular use of this non-protein amino acid. This thesis was confirmed by Żurek & Majtkowski (2009) proving that the main factor determining the efficiency of phytoextraction consists in a water quantity along with dissolved substances (including heavy metals) passing through a plant per unit of time. The study aimed at evaluating the effect

Modern Phytomorphology 3 (2013) 350 300 250 200

g 150 100 50 0 Control

0 ppm ALA

0,01 ppm ALA

0,05 ppm ALA

0,1 ppm ALA

Fig. 1. The effect of spraying 5-aminolevulinic acid on fresh weight aboveground parts of sunflower.

of regular use of 5-aminolevulinic acid on the chemical composition of sunflower in terms of potential application of the compound during induced phytoextraction process. Material and methods The study was carried out in an experimental greenhouse of Department of Cultivation and Nutrition of Horticultural Plants, University of Life Sciences in Lublin, in the framework of project No. 225 “Support for Regional Cooperation Network” within “Human Capital” Operational Program 2007-2013. Sunflower (Helianthus annuus L.) considered by many authors as a species useful in the phytoextraction (Bosiacki & Wojciechowska 2012) as well as induced phytoextraction process (Kucharski et al. 1998), was the experimental crop. Plants were grown in 5 dm3 capacity pots filled with the peat substrate neutralized to pH 6.5 in 8 replications (3 plants per each pot). The repetition consisted of a pot with three plants growing. Sunflower seeds were sown directly into the peat substrate. The experiment system included the following objects:

I – control: plants grown with no lead and no spraying with 5-ALA, II – 200 mg Pb · dm-3 in substrate and no spraying with 5-ALA, III – 200 mg Pb · dm-3 in substrate and spraying with 0.01 mg ALA · dm-3 IV – 200 mg Pb · dm-3 in substrate and spraying with 0.05 mg ALA · dm-3 V – 200 mg Pb · dm-3 in substrate and spraying with 0.1 mg ALA · dm-3 Lead was applied to the substrate in two equally divided doses of 100 mg Pb ∙ dm-3 in a form of lead nitrate Pb(NO3)2 after plant germination and in the stage of full forming the second leaf. Plants fertilization was carried out on the basis of their nutritional requirements using the multi-component fertilizer ‘Nutrifol’, as well as one- and two-component agents (calcium nitrate, ammonium nitrate, potassium sulfate, magnesium sulfate). The plant spraying with 5-aminolevulinic acid solutions was made regularly every 7-10 days in accordance to the experimental pattern. Plants were sprayed by water in control series. After the experiment complete, weight of

Jarosz Z., Dzida K., Pitura K., Konopińska J. Using of 5-ALA in phytoextraction

Table 1. The contents of nutrients, sodium and lead in sunflower leaves. N total P

Treatment

mg · kg d.w.

% d.w.

-1

Control

4,02

0,44

4,71

4,02

0,45

25,9

90,3

46,0

71,8

3,44

Pb + 0,00 ppm ALA

4,68

0,44

4,66

3,93

0,48

24,0

124,5

49,2

76,4

2,85

108,4

Pb + 0,01 ppm ALA

5,00

0,44

4,91

3,88

0,44

23,8

103,8

46,4

74,4

2,78

112,5

Pb + 0,05 ppm ALA

4,78

0,44

5,00

3,91

0,43

27,2

123,1

44,2

76,5

2,60

122,8

Pb + 0,1 ppm ALA

4,06

0,42

4,58

4,71

0,48

24,1

153,1

52,4

95,2

2,56

137,8

Mean

4,51

0,43

4,77

4,09

0,46

25,0

118,9

47,7

78,6

2,85

120,4

NIR0,05

0,29

r.n.

0,60

r.n.

32,4

5,29

4,61

r.n.

5,99

aboveground parts of plants was determined and plant material samples were collected for subsequent analyses – leaves, stems, inflorescences, and roots separately. The plant material was dried in a drier (105°C) and samples were the subject to determinations for total Kjeldahl nitrogen (Tecator). After wet digestion in a mixture of nitric acid (65%) and perchloric acid in 3:1 ratio (v:v) performed in DK-20 digestion unit (Velp), following items were determined: phosphorus by means of colorimetry using ammonium vanadomolybdate, while K, Ca, Mg, Na, Fe, Zn, Cu, Mn, and Pb applying atomic absorption spectrometry on Perkin-Elmer device Analyst 300 (Ostrowska et al. 1991). The statistical processing of results was performed applying variance analysis using average values and Tukey test for assessing the differences at a significance level of α = 0.05. Results and discussion Phytoextraction is undoubtedly the most effective and safest way to clean the soils from a variety of contaminants, mainly heavy metals (Małkowski 2011). Numerous authors emphasize the exceptionally favorable economic aspect of phytoextraction, when compared it to traditional methods of removing the chemical contaminants from the soil, which are nowadays mainly the chemical or thermal methods and those based on the contaminants extraction. Ghosh & Singh (2005) estimate the costs of conventional methods applied for decontaminating the soils from heavy metals

from 10 to 1000 USD per 1 m3 of soil. Such vast expenditures are usually the result of having to replace the top layer of soil from a land to be purified. The costs of soil remediation using plants are estimated to be approximately 0.05 USD per m3, while the researchers emphasize that the effectiveness of this process, in comparison with conventional methods, is much higher (Ghosh & Singh 2005; Rosada 2007). To achieve a sufficiently large weight of the aboveground parts of plants used in the process is the basis of induced phytoextraction efficiency. Here reported results showed a significant decrease in aboveground sunflower matter (14.7%) grown in objects containing 200 mg Pb ∙ dm-3 without 5-ALA application, as compared to the control (Fig. 1), which is consistent with numerous literature reports. Accordingly to Gruca-Królikowska & Wacławski (2006), the main reason for the decline in productivity of plants growing on heavy metal contaminated areas is a significant decrease in the photosynthesis efficiency due to interference of chlorophyll biosynthesis. Here presented studies can be some confirmation of this thesis, because there was a significant increase in the plant matter ranging from 4.8 to 34.1% in objects regularly sprayed by 0.01‑0.1 ppm 5-ALA solutions. As it is well known, 5-aminolevulinic acid is an essential element of biosynthesis porphobillinogen, the substrate for porphyrite arrangement synthesis. In opinion of Tyksiński (2002), the reason for the mass decrease of plants growing on heavy metal contaminated areas may also consist

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Table 2. The content of selected nutrients and lead in the shoots of sunflower. Treatment

mg · kg-1 d.w.

% d.w.

Control

4,16

1,42

0,34

371,1

23,2

29,2

84,6

3,15

Pb + 0,00 ppm ALA

4.40

1,46

0,30

363,8

50,6

36,1

80,1

3,81

62,3

Pb + 0,01 ppm ALA

4,36

1,13

0,28

412,6

57,1

26,9

73,8

3,32

52,1

Pb + 0,05 ppm ALA

4,61

1,20

0,31

307,4

43,3

28,3

76,8

2,61

53,7

Pb + 0,1 ppm ALA

4,82

1,17

0,28

427,4

38,2

23,5

84,9

2,53

69,9

Mean

4,48

1,27

0,30

374,8

42,1

26,5

79,1

3,06

59,5

NIR0,05

r.n.

r.n

101,6

9,5

6,2

r.n.

Table 3. The content of selected nutrients and lead in sunflower inflorescences. Treatment

mg · kg d.w.

% d.w.

-1

Control

3,11

1,31

0,19

19,7

28,2

29,7

36,4

5,04

Pb + 0,00 ppm ALA

3,21

1,26

0,19

16,5

32,1

39,3

40,3

4,60

32,8

Pb + 0,01 ppm ALA

3,10

1,15

0,18

16,8

33,9

35,4

35,1

4,02

37,8

Pb + 0,05 ppm ALA

3,05

1,07

0,17

16,5

39,9

33,5

40,5

5,23

38,2

Pb + 0,1 ppm ALA

3,15

1,24

0,19

17,6

27,3

34,1

35,9

4,62

38,0

Mean

3,11

1,22

0,18

17,9

32,2

34,2

37,5

4,69

36,7

NIR0,05

r.n.

0,18

r.n.

4,6

Table 4. The content of selected nutrients and lead in the roots of sunflower. Treatment

mg · kg d.w.

% d.w.

-1

Control

3,00

0,99

0,12

50.3

330,0

21,1

55,1

3,32

Pb + 0,00 ppm ALA

2,58

0,90

0,13

41,0

505,6

34,5

65,4

5,68

752,1

Pb + 0,01 ppm ALA

2,66

0,87

0,12

37,2

475,7

28,9

66,9

8,48

580,4

Pb + 0,05 ppm ALA

2,63

0,94

0,13

34,9

545,4

23,6

53,8

4,60

501,3

Pb + 0,1 ppm ALA

2,90

0,82

0,12

36,1

275,6

21,9

94,7

3,89

621,2

Mean

2,75

0,90

0,12

40,0

425,4

26,2

66,8

5,19

601,2

NIR0,05

0,30

r.n.

173,6

r.n.

123,2

in any disturbances in the uptake, transport, and assimilation of macro and micronutrients. According to the author, negative impact of heavy metals on the uptake and transport of nutritional cations and anions results from a competition for a sorption site on a root surface or creation of unavailable complexes. Analysis of results obtained in present study reveals no such relationship (Tabs. 1-4).

Results of nutrients contents in particular parts of studied plants under the influence of regular spraying with 5-ALA solution seem to be very interesting (Tab. 1-4). Statistical analysis of these results showed significant differences in the contents of total nitrogen, calcium, iron, manganese, and zinc in leaves, while sodium, iron, and zinc in the shoots, calcium in inflorescences, as well as total nitrogen and iron

Jarosz Z., Dzida K., Pitura K., Konopińska J. Using of 5-ALA in phytoextraction in roots of sunflower. The literature data indicate that foliar use of 5-aminolevulinic acid causes a remarkable increase in the nutrients content at tested plants ( Jarosz 2012; den Hertog 2008; Smolen & Sady 2010). Results achieved in this study show that the effect is highly dependent on the concentration of 5-aminolevulinic acid which is applied to the plants. Analysis of results obtained in present study showed an increase in lead concentration in sunflower leaves sprayed by 5-ALA solution at 0.01-0.1 ppm concentration from 3.78% to 27.1% as compared to plants grown in objects containing 200 mg Pb ∙ dm-3 substrate, while not sprayed by 5-ALA solution. A significant increase in the lead content of 15.2-16.5% was also observed in sunflower inflorescences sprayed by 5-ALA solution. It should be emphasized that there was a significant decrease in the lead content (17.4 to 33.4%) in roots of sunflower, the leaves of which were sprayed by 5-ALA solution of 0.01-0.1 ppm concentration as compared to plants not sprayed by this compound (Tab. 4). This is a very important result for assessing the effectiveness of phytoextraction inductor. As it is known, roots accumulate largest amounts of heavy metals (Gadapati & Macfie 2006; Kurtyka et al. 2008). In the case of lead, 93-96% of this element is not reutilized into aboveground parts and remains within roots (Gruca-Królikowska & Wacławek 2006). Accordingly to Małkowski (2011), the primary parameter to evaluate the suitability of a substance used to induced phytoextraction is its impact on a metal displacement from roots to the aboveground parts of a plant. Maximizing the heavy metal concentration in the aboveground parts of plants used in the phytoextraction process is one of the key factors determining its effectiveness and profitability (Luo et al. 2005). The main factor determining the efficiency of phytoextraction seems to be the choice of appropriate plants. Use common hyperaccumulators that accumulate 1-2% of heavy metals in their dry matter is marginal due to the negligible mass produced by these plants (Żurek & Majtkowski 2009). The solution may consist in the use of induced phytoextraction applying plants that produce

a sufficiently large vegetative mass and certain substances that stimulate the intake of heavy metals. Achieved results indicate great usefulness of 5-aminolevulinic acid as an inducer of lead phytoextraction from the sunflower root environment. However, this issue requires further studies, particularly with regard to the applicability of this non-protein amino acid in the cultivation of other plants and its interactions with a chelator used for roots. Conclusions 1. A significant decrease (14.7%) in the aboveground mass of sunflower grown in substrate supplemented with 200 mg Pb ∙ dm-3 as compared to plants grown in lead-free substrate was observed. 2. Spraying plants grown in substrate containing 200 mg Pb ∙ dm-3 with 0.01-0.1 ppm 5-ALA solution resulted in an increase in aboveground sunflower weight from 4.8% up to 34.1%. 3. The sunflower leaves sprayed by 0.01‑0.1 ppm 5-ALA solution revealed from 3.78% to 27.1% more lead in comparison with the plants not sprayed by this agent. 4. A significant decrease in lead content (from 17.4 to 33.4%) was recorded in roots of sunflower sprayed by 0,01-0,1 ppm 5-ALA solution. Acknowledgments Authors wish to thank Cosmo Seiwa Agriculture Company Ltd. Japan and Eniwa Sp. z o.o., Poland, for technical assistance and consultation making this studies and tests possible. References Bosiacki M., Wojciechowska E. 2012. Phytoextraction of nickel by selected ornamental plants. Ecol. Chem. Eng. 19 (3): 331–345. den Hertog C. 2008. Effect of Pentakeep fertilizers in greenhouse production. Pentakeep International Scientific Workshop 2008 in Italy (8-9 December 2008, Milan, Italy).

62 Gadapati W.R. Macfie S.M. 2006. Phytochelatins are only partially correlated with Cd-stress in two species of Brassica. Plant Sci. 170: 471–480. Ghosh M., Singh S.P. 2005. A review of phytoremediation of heavy metals and utilization of its byproducts. Appl. Ecol. Env. Res. 3 (1): 1–18. Gruca-Krolikowska S., Wacławek W. 2006. Metale w środowisku. Cz. II. Wpływ metali ciężkich na rośliny. Chem. Dydakt. Ekol. Metrol. 11 (1-2): 41–54. Jarosz Z. 2012. Wpływ nawozu Pentakeep® V na plonowanie oraz zawartość wybranych makro- i mikroelementów w sałacie. Annales UMCE, EEE XXII (1): 1–8. Kucharski R., Sas-Nowosielska A, Małkowski E. 1998. Treatability study report. Integrated approach to the remediation of heavy metal-contaminated land. U.S. Department Of Energy. Kurtyka R., Małkowski E., Kita A., Karcz W. 2008. Effect of calcium and cadmium on growth and accumulation of cadmium, calcium, potassium, and sodium in maize seedlings. Polish J. Environ. Study. 17: 51–56. Luo C.L., Shen Z.G., Li X.D. 2005. Enhanced phytoextraction of Cu, Pb, Zn and Cd with EDTA and EDDS. Chemosphere 59: 1–11. Małkowski E. 2011. Modyfikacja procesu transpiracji a efektywność indukowanej fitoekstrakcji ołowiu i kadmu w wybranych gatunkach roślin. Wyd. Uniwersytetu Śląskiego, Katowice.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Memon S.A., Hou X., Wang L., Li Y., 2009. Promotive effect of 5-aminolevulinic acid on chlorophyll, antioxidative enzymes and photosynthesis of Pakchoi (Brassica campestris ssp. chinensis var. communis Tsen et Lee). Acta Physiol. Plant. 31: 51–57. Ostrowska A., Gawliński S., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny gleb i roślin. Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa. Rosada J. 2007. Ekologiczne aspekty wykorzystania obszarów objętych oddziaływaniem emisji hut miedzi do upraw rolniczych. Prog. Plant Prot. 47(1): 119–127. Salt D.E., Smith R.D., Raskin I. 1998. Phytoremediation. Annu. Rev. Plant Physiol., Plant Mol. Biol. 49: 643–668. Smoleń S., Sady W. 2010. Effect of plant biostymulation with Pentakeep V fertilizer and nitrogen fertilization on the content of macro- and micronutrients in spinach. J. Elementol. 15 (2): 343–353. Tanaka T., Iwai K., Watanabe K., Hotta Z. 2005. Development of 5-aminolevulinic acid for agriculture uses. Regul. Plant Growth Devel. 40 (1): 22–29. Tyksiński W. 2002. Mechanizmy tolerancji na zwiększone zawartości metali ciężkich w glebach i podłożach. Rocz. Akad. Roln. Poznań, Ogrodnictwo CCCXLI: 209–214. Żurek G., Majtkowski W. 2009. Rośliny alternatywne w fitoekstrakcji metali ciężkich z terenów skażonych. Problemy Inżynierii Rolniczej 3: 83–89.

Modern Phytomorphology 3: 63–67, 2013

CHANGES IN THE CONTENT OF TOTAL NITROGEN AND MINERAL NITROGEN IN THE BASIL HERB DEPENDING ON THE CULTIVAR AND NITROGEN NUTRITION Katarzyna Dzida *, Zbigniew Jarosz, Karolina Pitura Abstract. Among fundamental nutrients, nitrogen fertilization is considered one of the most effective factors affecting both the yield and the quality of plant material. Nitrogen form used for fertilizing is also of great importance. The aim of this study was to investigate the impact of nitrogen nutrition (calcium nitrate, ammonium nitrate, and urea) as well as (green, purple, and ‘Fino Verde’) on the chemical composition and yielding of basil (Ocimum basilicum L.). After drying the plant material at a temperature of 60°C and milling, total nitrogen was determined by means of Kjeldahl method, while mineral nitrogen content (N-NH4, N-NO3) was analyzed in 2% acetic acid extract. Yield of fresh basil matter depended significantly on the variety grown. The highest yields were obtained from a cultivar of ‘Fino Verde’ fertilized with ammonium nitrate. The purple variety plants fertilized with urea were characterized by a largest amount of total nitrogen. The ‘Fino Verde’ cultivar fertilized with urea accumulated the least quantities of nitrates in the basil herb. Key words: Ocimum basilicum, herb, nitrogen, basil, cultivar, fertilization Department of Cultivation and Fertilization of Horticultural Plants, University of Sciences in Lublin, 58 Leszczyńskiego, 20-068 Lublin, Poland; * katarzyna.dzida@up.lublin.pl

Introduction Interests in common basil essentially results from three reasons. First of all, the plant is an excellent spice, and it is often even the essence of food. Secondly, basil is a medicinal plant widely used against various diseases and ailments. It is also a valuable oil-producing plant, which is applied in aromatherapy and cosmetics (Golcz & Seidler-Łożykowska 2008; Omer et al. 2008; Nurzyńska-Wierdak 2012). Firms purchasing herbs attach more and more attention to the fact that the plant material was of the best quality. Plant yielding, not just the basil, is a function of many variables. These include factors such as soil fertility shaped by the chemical and airwater properties of soil, weather conditions such as temperature and precipitation, as well as fertilization (Abassi et al. 2005). The latter of these factors can largely shape the quantity of obtained yields and their quality. Among the primary nutrients, nitrogen fertilization is considered one of the most effective factors affecting both the yield and quality © The Author(s), 2013

of plant material (Markiewicz et al. 2002; Abassi et al. 2005; Sifola & Barbieri 2006). The form of nitrogen used for fertilizing is also of a great importance (Biesiada et al. 2010). Plants absorb nitrogen throughout the growing season, thus the supply of this nutrient is very important and difficult at the same time. Therefore, it is important to know the rules of plant nutrition using this macronutrient (Nurzyński 2008). Factors dependent on the plant itself, e.g. species or variety, play an important role in the variability of the chemical composition of plant material as well as the crop size (Biesiada et al. 2010). There are around 200 different basil species, which have developed many varieties and forms in the wild, which differ in morphology, growth, and chemical composition (Nurzyńska-Wierdak 2001, 2007a, 2007b; Švecová & Neugebauerová 2010). The paper aims at investigating the impact of nitrogen fertilization (calcium nitrate, ammonium nitrate, and urea) and cultivar (green, purple, and ‘Fino Verde’) on the chemical composition and yielding of basil (Ocimum basilicum L.).

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Table 1. Effect of cultivar and nitrogen fertilizer on plant height and plant unit weight in basil herb. Cultivar

Nitrogen fertilizer

Plant height (cm)

Plant unit weight (g · plant-1)

Green

Ca(NO3)2

62,9

200,5

NH4NO3

60,8

195,5

CO(NH2)2

70,1

211,7

64,6

202,6

Ca(NO3)2

47,1

109,3

NH4NO3

44,1

105,0

Mean for green Violet

CO(NH2)2

48,5

110,3

46,6

108,2

Ca(NO3)2

60,4

273,0

NH4NO3

61,1

286,3

Mean for violet 'Fino verde'

CO(NH2)2

61,5

255,8

61,0

271,7

Ca(NO3)2

56,8

194,3

NH4NO3

55,3

195,6

CO(NH2)2

60,0

192,6

cultivar

2,274

22,492

nitrogen fertilizer

2,274

n.s.

cultivar × nitrogen fertilizer

5,271

n.s.

Mean for 'Fino verde' Mean for

LSD α=0,05

Material and methods The study involving common basil (Ocimum basilicum) of green, purple, and ‘Fino Verde’ varieties were conducted in spring 2011 at the Department of Cultivation and Nutrition of Horticultural Plants, located in the experimental farm of the University of Life Sciences in Felin. Basil plants were sown on 24th March, planted out on 7th April, while planted into their constant site on 22nd April. The experiment included a total of 90 plants and it was set up by means of complete randomization design in nine series in ten replicates, in which a single pot of 2 dm3 capacity with a single plant, was the replicate. The substrate was composed of peat with pH 4.5 acidity, which was limed using calcium carbonate up to pH 6.0. Following mineral fertilization was applied in the experiment (g ∙ dm-3): 0.6 N as: calcium nitrate (15.5% N), ammonium nitrate (34% N), and urea (46% N), 0.5 P as granular triple superphosphate (20% P),

1.0 K as potassium sulfate (42% K), and 0.4 Mg in the form of magnesium sulfate (15.6% Mg). A full dose of phosphorus and microelements as well as ¼ dose of nitrogen, potassium, and magnesium was used prior to basil planting. Other rates of nutrients (N, K, Mg) were applied as post-crop in three doses in following terms: 4th May, 19th May, and 1st June. Plants were watered depending on a temperature inside the greenhouse. At the time of experiment liquidation, the plant height was measured and aboveground parts of basil were weighed thus determining the yield of fresh matter. After drying the plant material at 60°C temperature and grinding, total nitrogen content was determined by means of Kjeldahl method in Kjeltec 2002 Distilling System Unit. The content of mineral nitrogen in forms of N-NH4 and N-NO3 in plant material was determined in 2% acetic acid extract by distillation due to Bremner method with modification by Starck (Nowosielski 1988).

Dzida K., Jarosz Z., Pitura K. Changes in the content of nitrogen in the basil herb Achieved results of fresh matter yields and plant height were statistically processed applying variance analysis and mean values, as well as indicating the significance of differences by means of Tukey test at a significance level of α = 0.05. Results and discussion The experiment with common basil yielded some interesting results upon the effects of different forms of nitrogen on the development of selected cultivars of basil. Studies indicated that the yield of crops depended on the cultivar grown. The highest weight of fresh matter was produced by ‘Fino Verde’ cultivar, whereas the lowest – purple cultivar (Tab. 1). Švecová & Neugebauerová (2010) in their experiment also demonstrated a significant effect of a cultivar on the yield size. The experiment included 34 cultivars. Among all studied cultivars, ‘Fino Verde’ produced the highest fresh matter weight. The impact of a basil cultivar on its yield was also confirmed by experiments of Golcz et al. (2006), Nurzyński-Wierdak (2007b), and Nurzyńska-Wierdak et al. (2011a). Although the statistical analysis showed no significant effect of nitrogen forms on the basil yield, there was a difference in the yield between the cultivar grown and a form of nitrogen used. In objects, where green cultivar plants fertilized with urea were grown, a yield of 211.7 g ∙ plant-1 was obtained. In the case of ammonium nitrate fertilization, the yield was lower and amounted to 195.5 g ∙ plant-1. A converse situation was recorded in the study upon the ‘Fino Verde’ cultivar. Plants fertilized with urea produced the lowest yield (255.8 g ∙ plant-1) and those treated with ammonium nitrate - the highest yield (286.3 g ∙ plant-1). Omer et al. (2008) performed an experiment, in which American basil (Ocimum americanum L.) was grown in two vegetation cycles and fertilized in three different nitrogen fertilizers: ammonium sulfate, ammonium nitrate, and urea. In both seasons, the total yield of herb, after using ammonium sulfate, exceeded the yield obtained after ammonium nitrate

and urea application. The effect of ammonium nitrate and urea on fresh matter yield was not univocal, as higher yield was achieved using ammonium nitrate in the first growing season, while the use of urea in the second period influenced on the higher yield of herb. The experiment carried out by Dzida (2011) on the effect of calcium nitrate, ammonium nitrate, and urea on common basil did not show any effect of nitrogen forms applied on the yield of fresh herb. Only cultivar remarkably differentiated the yield of fresh matter. The determinations show that both the cultivar, the nitrogen form, and the correlation between these factors had a significant impact on the basil plant height. The studies revealed that green cultivar was the highest of three tested basil cultivars, while purple one was the shortest. Similar results were obtained by Dizda (2011), when examining the impact of the type of nitrogen fertilizer on plant height of different basil cultivars. The influence of basil cultivar on its height was also demonstrated in experiments of other authors (Nurzyńska-Wierdak 2007b; Švecová & Neugebauerová 2010). In own study, the green cultivar fertilized with urea was the tallest. Plants treated with ammonium nitrate were the shortest of all green basil nutrition combinations. In the case of a purple cultivar, the effect of fertilizers on the plant height was the same. The least noticeable effect of the nitrogen form on the basil height was recorded for ‘Fino Verde’. Dzida (2011) achieved different results, because plants fertilized with calcium nitrate were the tallest, while those treated with urea reached the smallest height. In another experiment, Adler et al. (1989) showed that basil fertilized with ammonium form of nitrogen was shorter than that treated with nitrates. Results from the analyses clearly show the relationship between the cultivar and forms of nitrogen vs. nitrate accumulation in plant material (Fig. 1). Most of N-NO3 is contained at plants fertilized with calcium nitrate, especially the purple cultivar (1.04% DM). The lowest proportions of nitrates were accumulated by basil plants treated with urea, especially ‘Fino Verde’ (0.02% DM) and green basil cultivar. Total

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Fig. 1. Effect of cultivar and nitrogen fertilizer on content N-NO3 and N-total in basil herb.

nitrogen content was mainly dependent on the cultivar. As in the case of nitrates accumulation, the largest quantities of nitrogen were found in purple cultivar, whereas the lowest in ‘Fino verde’. A significant impact of a cultivar on the total nitrogen content was recorded in the study by Dzida (2010). Experiment conducted by Nurzyńska-Wierdak et al. (2011a, 2011b) revealed the relationship between the cultivar grown vs. nitrates and total nitrogen content in the plant. The ‘Opal’ cultivar was characterized by the largest amount of total nitrogen and N-NO3 in plant material. Analysis of the research by Golcz et al. (2006), involving also ‘Opal’ cultivar, indicates the highest total nitrogen content of all tested basil cultivars. It was demonstrated in numerous studies that the use of fertilizers containing N-NO3 resulted in an increase in the nitrate concentration at basil and other herb plants. Halva & Puukla (1987) found the highest concentration of nitrates in basil herb after the application of calcium nitrate. Similar relationship was reported by Tesi et al. (1995). Applying ammonium sulfate resulted in the nitrate content in the herb half of that when calcium nitrate was used. Dzida (2011) found that tested nitrogen fertilizers differentiated the concentration of nitrate at basil plants. The highest nitrate content was determined in the herb plants fertilized with ammonium nitrate, lower due to calcium nitrate,

and the lowest nitrate content was recorded in basil herbs treated with urea. Conclusions 1. Basil fresh weight yield depended significantly on the cultivar grown. The highest yields were obtained from ‘Fino Verde’ cultivar fertilized with ammonium nitrate. 2. The purple basil cultivar treated with urea was characterized by the largest amount of total nitrogen. 3. ‘Fino Verde’ cultivar fertilized with urea accumulated the lowest quantities of nitrates in the basil herb. References Abassi M.K., Kazmi M., Hassan F. 2005. Nitrogen use efficiency and herbage production of an established grass sward in relation to moisture and nitrogen fertilization. J. Plant Nutrition 28 (10): 1693–1708. Adler P.R., Simon J.E., Wilcox G.E. 1989. Nitrogen form alters sweet basil growth and essential oil content and composition. Hort. Science 24: 789–790. Biesiada A., Kucharska A., Sokół-Łętowska A. 2010. Wpływ nawożenia azotem i terminu zbioru na skład chemiczny i aktywność antyoksydacyjną bazylii pospolitej (Ocimum basilicum L.). Proekologiczna uprawa warzyw – problemy i perspektywy (Ogólnopolska Konferencja Naukowa pod patronatem Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Siedlce, 24-25 czerwca 2010 r.): 34–35.

Dzida K., Jarosz Z., Pitura K. Changes in the content of nitrogen in the basil herb Dzida K. 2010. Nutrients content in sweet basil (Ocimum basilicum L.) herb depending on calcium carbonate dose and cultivar. Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus 9 (4): 143–151. Dzida K. 2011. Influence of nitrogen nutrition and cultivar on quality of sweet basil herbs. Annales UMCS sec. DDD XXIV 3 (14): 125–132. Golcz A., Politycka B., Seidler-Łożykowska K. 2006. The effect of nitrogen fertilization and stage of plant developmet on the mass and quality of sweet basil leaves (Ocimum basilicum L.). Herba Pol. 52 (1‑2): 22–30. Golcz A., Seidler-Łożykowska K. 2008. Bazylia pospolita (Ocimum basilicum L.). Wyd. UP, Poznań. Halva S., Puukla L. 1987. Studies on fertilization of dill (Anethum graveolens L.) and basil (Ocimum basilicum L.) I. Herb yield of dill and basil affected by fertilization. J. Agric. Sci. in Finland 56: 11–17. Markiewicz B., Golcz A., Kozik E. 2002. Effect of nitrogen fertilization and of harvest term on the yield, content of essential oil and nitrogen in the herb of two cultivars of sweet basil (Ocimum basilicum L.). Rocz. AR Pozn. 341, Ogrod. 35: 19–24. Nowosielski O. 1988. Zasady opracowywania zaleceń nawozowych w ogrodnictwie PWRiL, Warszawa. Nurzyńska-Wierdak R. 2001. Analiza zawartości i składu chemicznego olejku dwóch form bazylii wonnej (Ocimum basilicum L.). Annales UMCS sec. EEE, Horticultura 10 (suppl.): 189–193. Nurzyńska-Wierdak R. 2007a. Evaluation of morphological and developmental variability and essential oil composition of selected basil cultivars. Herba Pol. 53 (3): 255–261. Nurzyńska-Wierdak R. 2007b. Comparing the growth and flowering of selected basil (Ocimum basilicum L.) varieties. Acta Agrobot. 60 (2): 127–131.

Nurzyńska-Wierdak R., Borowski B., Dzida K. 2011a. Yield and chemical composition of basil gerb depending on cultivar and foliar feeding with nitrogen. Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus 10 (1): 207–219. Nurzyńska-Wierdak R., Rożek E., Borowski B. 2011b. Response of different basil cultivars to nitrogen and potassium fertilization: total and mineral nitrogen content in herb. Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus 10 (4): 217–232. Nurzyńska-Wierdak R. 2012. Ocimum basilicum L. – wartościowa roślina przyprawowa, lecznicza i olejkodajna. Praca przeglądowa. Annales UMCS sec. EEE, Horticultura 22: 20–30. Nurzyński J. 2008. Nawożenie roślin ogrodniczych. Wyd. AR, Lublin. Omer E.A., Elsayed Abdel-Ghafor A., El‑Lathy A., Khattab M.E., Sabra A.S. 2008. Effect of the nitrogen fertilizer forms and time of their application on the yield of herb and essential oil of Ocimum americanum L. Herba Pol. 54 (1): 34–46. Sifola M.I., Barbieri G. 2006. Growth, yield and essential oil content of three cultivars of basil grown under different levels of nitrogen in the field. Sci. Hort. 108: 408–413. Švecová E., Neugebauerová J. 2010. A study of 34 cultivars of basil (Ocimum L.) and their morphological, economic and biochemical characteristics, using standardized descriptors. Acta Univ. Sapientiae, Alimentaria 3: 118–135. Tesi R., Chisci G., Nencini A., Tallarico R. 1995. Growth response to fertilization on sweet basil (Ocimum basilicum L.). Acta Hort. 390: 93–96.

Modern Phytomorphology 3: 69–72, 2013

THE EFFECT OF FLURPRIMIDOL ON ALLIUM ROSENBACHIANUM REG. FORCED IN POTS Halina Laskowska *, Elżbieta Pogroszewska, Marzena Parzymies Abstract. The effect of flurprimidol on Allium rosenbachianum (Reg.) flowering and forcing period was studied. Bulbs of 18-20 cm circumference were used in the experiment. Two methods of retardant application were used: bulbs soaking before planting and triple spraying of plants during the vegetation period (in the stage of leaf rosette, open leaves and in the phase of green, ‘sitting’ bud). Flurprimidol was used in the following doses: 15 mg ∙ dm-3, 30 mg ∙ dm-3, 45 mg ∙ dm-3 and control (plants treated with distilled water). Bulbs were planted into pots on the 20th of October and ‘wet cooled’ for 14 weeks in the temperature of 9°C. During forcing in a greenhouse, morphological features of plants were observed. It was noted that flurprimidol may be effectively used for suppressing A. rosenbachianum forced in a greenhouse as a pot plant. Flurprimidol used in concentration of 45 mg ∙ dm-3 significantly inhibited growth of shoots and length of flower pedicels and leaves and increased number of flowers in inflorescences at the same time. Soaking bulbs of A. rosenbachianum in flurprimidol solution before planting shortened forcing period by 4 days. Key words: Allium rosenbachianum, ornamental allium, bulbs soaking, plants spraying, forcing, morphology, Topflor Institute of Ornamental Plants and Landscape Architecture, University of Life Sciences in Lublin, 58 Leszczyńskiego, 20-068 Lublin, Poland; * halina.laskowska@up.lublin.pl

Introduction Genus Allium L. is very numerous, it includes about 700 species with 80 recognized as ornamental plants. One of them is A. rosenbachianum Reg. characterized with big, violet, round inflorescences. It is cultivated in flowerbeds and borders, as well as in the ground and greenhouses for cut flower (Krzymińska 2008; De Hertogh & Zimmer 1993). Recently a hastened cultivation of alliums as a pot plants for indoor decoration has been proposed. A. rosenbachianum growths up to 50 cm. For smaller office arrangement inhibition of height of plants and flower pedicels is necessary, what can be obtained with the use of retardants. One of very effective retardants is «Topflor 015 SL», which active compound is flurprimidol. This retardant is proposed to inhibit growth of many ornamental species, for example Viola ×wittrockiana Gams (Startek & Wolańska 1998), Tagetes patula L. and Impatiens walleriana Hook. f. (Schroeter & Janowska 2003), Tulipa sp. (Startek 2003; Laskowska & Sprzączka 2005), Narcissus sp. © The Author(s), 2013

(Krzymińska 2001). Flurprimidol influences plants depending on concentration of the solution and method of application. The aim of the experiment was to establish the possibility to inhibit growth of A. rosenbachianum forced plants cultivated in pots, by use of flurprimidol (as a «Topflor 015 SL» preparation) in a form of soaking bulbs before planting and spraying plants during vegetation. Material and methods The research was conducted in the years 2009-2011 in a greenhouse at the Felin Research Station of the Department of Ornamental Plants of the University of Life Sciences in Lublin, Poland. The plant material was bulbs of A. rosenbachianum of the 18-20 cm circumference, soaked for 20 minutes in a mixture of 1% Kaptan and 0.7% Topsin. Two variants of flurprimidol application methods were used in the research: soaking bulbs before planting for 45 minutes or spraying plants for three times in the following stages of growth: leaf rosette, open

Modern Phytomorphology 3 (2013)

leaves and after green bud appearance. Plants were sprayed till they were completely covered with the retardant. Flurprimidol was used in the following concentrations: 15 mg ∙ dm-3, 30 mg ∙ dm-3, 45 mg ∙ dm-3. Control plants were treated with distilled water only. On the 20th of October, bulbs were planted into 13×12 cm pots filled with soil obtained from the top layer of arable land. Pots with planted bulbs were cooled for 14 weeks in the temperature of 9°C. At the end of January pots were moved into the greenhouse, where the air temperature was 18-20°C and relative humidity was 70-80%. The experiments were established in a completely randomized blocks method. There were 5 replications, where one replication was one pot with 5 bulbs. The following features were analyzed: leaves length, plants height, flower pedicel length, inflorescence diameter, number of flowers per inflorescence and forcing period. The results were analyzed statistically. Significance of differences was estimated with the analysis of variance with the Tuckey’s confidence intervals at the 0.05 level of significance. Results and discussion Flurprimidol used in the research, influenced morphological features of A. rosenbachianum plants. The retardant used in a form of soaking solution in concentration of 30 mg ∙ dm-3 and in the highest concentration (45 mg ∙ dm‑3) with both forms of application effectively inhibited height of plants and length of flower pedicel (Tab. 1). Studies of Pobudkiewicz (1996) proved that tulips might be suppressed with flurprimidol used in high concentrations of 30 mg ∙ dm-3 and 40 mg ∙ dm-3. Pogroszewska (2002) noted that with the use of flurprimidol in concentration of 30 mg ∙ dm-3 it is possible to obtain Spathiphyllum plants that have flower shoots eight times shorter. Flurprimidol also inhibited growth of other plants, such as Gladiolus sp. (Serocka & Zalewska 2001) and Narcissus sp. (Krzymińska 2001). Mroczko & Szlachetka (1999) investigating

methods of tulips growth suppression noted that the best effect could be obtained when plants were sprayed twice with flurprimidol in concentration of 40 mg ∙ dm-3. Plants of oriental lilly ‘Mona Lisa’ also formed shorter pedicels after flurprimidol treatment in a form of spray (Pobudkiewicz & Treder 2006). Pedicels length of Pelargonium ×hortorum L.H. Bailey depended on concentration of flurprimidol used (Pobudkiewicz 2000a). The retardant used in low concentrations had no effect on pedicel length, but used in concentration of 22 mg ∙ dm-3 inhibited their elongation, in comparison to control plants. Plants forming shorter pedicels have flowers positioned on the same level, what increases their decorative value (Pobudkiewicz 2008). Flurprimidol together with inhibiting height of plants, caused reduction in inflorescence diameter, when plants were sprayed with solution of the highest concentration of the retardant in comparison to the control plants (Tab. 1). It confirms results obtained by other authors. Schroeter & Janowska (2003) observed that plants of Begonia semperflorens Link et Otto sprayed with flurprimidol solution formed flowers of smaller diameter. Flurprimidol caused reduction of flower diameter of other plants as well, such as Asiatic lilly ‘Prima’ (Pobudkiewicz & Nowak 1992), Alstroemeria ‘Rosalina’ (Pobudkiewicz et al. 2000), Cuphea (Pobudkiewicz 2000b) and Poinsettia (Pobudkiewicz et al. 1995). In the presented research, in case of A. rosenbachianum, an advantageous influence of retardant on number of flowers in inflorescence was observed (Tab. 1). Flurprimidol used in concentration of 45 mg ∙ dm-3, used in a form bulbs soaking or spray, caused formation of more flowers per inflorescence respectively by 38% and 62%. Similar effect was observed when flurprimidol was used in cultivation of Chrysanthemum zawadskii Herbich (Yoo & Kang 1999), Ch. indicum L. ( Jung et al. 2000) and Lisianthus (Whipker et al. 2000). The opposite results were obtained by Hetman & Witek (2008) in studies on Kohleria amabilis (Planch. & Linden) Fritsch. Plants treated with flurprimidol formed fewer flowers in

Laskowska H., Pogroszewska E., Parzymies M. Flurprimidol influences on Allium

Table 1. The effect of flurprimidol on morphological features of inflorescence shoots of Allium rosenbachianum (two years means). Flurprimidol concentration

Application method

Height of plants (cm)

Inflorescence diameter (cm)

Pedicel length (cm)

Number of flowers per inflorescence

bulbs soaking

43.9a*

10.2ab

38.9a

144.5c

spraying

45.1a

10.3ab

39.8a

143.0c

bulbs soaking

40.4ab

10.7a

34.9ab

158.2c

spraying

44.8a

10.2ab

40.0a

169.5bc

bulbs soaking

32.8c

10.1b

27.5cd

163.8c

spraying

42.7a

10.2ab

37.5a

171.1bc

bulbs soaking

31.5c

10.2ab

26.2d

199.8ab

spraying

36.9bc

9.4c

31.7bc

231.2a

15 mg ∙ dm-3 30 mg ∙ dm

-3

45 mg ∙ dm

-3

* means in the columns followed by the same letter do not differ significantly at α =0.05. Table 2. The effect of flurprimidol on length of leaves and forcing period of Allium rosenbachianum (two years means). Flurprimidol concentration Application method

Length of leaves (cm)

Number of days of forcing

bulbs soaking

36.2ab*

53.2ab

spraying

37.0a

50.9bcd

bulbs soaking

35.5ab

49.4cd

spraying

36.1ab

51.0bcd

bulbs soaking

33.8bc

49.3cd

spraying

34.0bc

51.8abc

bulbs soaking

31.7c

48.9d

spraying

31.5c

54.4a

15 mg ∙ dm-3 30 mg ∙ dm-3 45 mg ∙ dm

-3

* means in the columns followed by the same letter do not differ significantly at α =0.05.

inflorescence. Similar effect was observed in case of Alstroemeria (Pobudkiewicz et al. 2000) and Pelargonium ×hortorum (Pobudkiewicz 2000b) treated with retardants. Studies of Laskowska et al. (2007) showed that plants of Allium sphaerocephalon L. formed more flowers in inflorescence if plants where sprayed with flurprimidol in concentration of 30 mg ∙ dm-3 in comparison to bulbs soaking. Decorative value of plants also depends on the length of leaves. In the presented work use of flurprimidol in high concentrations caused development of shorter leaves in plants treated with the retardant in the form of spraying or bulbs soaking (Tab. 2). The obtained results confirm the ones observed by Startek (2003), who studying tulips noted, that flurprimidol

caused forming of shorter and more stiff leaves. Period of waiting for flowers from the moment of bulbs planting was about 50 days. Bulbs soaked in the flurprimidol solution bloomed a few days earlier than those soaked in distilled water (Tab. 2). Spraying plants with flurprimidol used in the concentration of 45 mg ∙ dm-3 elongated the forcing for a few days. In case of ornamental plants, retardants may hasten or delay flowering from the moment of planting into pots. Delay in blooming is often observed, especially when growth inhibitors are used in high concentrations (Pobudkiewicz 2008). Flurprimidol applied in concentration of 30-50 mg ∙ dm-3 delayed bloom of Asiatic lilly ‘Prima’ (Pobudkiewicz & Nowak 1992), and in concentration of 22.5 mg ∙ dm-3

Modern Phytomorphology 3 (2013)

it delayed flowering of (Pobudkiewicz et al. 2000).

Alstroemeria

Conclusions 1. Flurprimidol may be used for suppression of Allium rosenbachianum plants forced in a greenhouse as pot plants. 2. Flurprimidol used in the concentration of 45 mg ∙ dm-3 efficiently inhibits elongation of shoots, pedicels and leaves and at the same time increases the number of flowers in inflorescence. 3. Soaking bulbs of A. rosenbachianum in solution of 45 mg flurprimidol per dm3 before planting shortens forcing period by 4 days. References De Hertogh A., Zimmer K. 1993. The physiology of flower bulbs. Chapter 12. Allium – ornamental species. Elsevier. Amsterdam – London – New York. Hetman J., Witek M. 2008. Ocena przydatności fluropirimidolu w uprawie Kohleria amabilis (Planck et Linden) Fritsch. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 525: 163–170. Jung S.S., Jeong H.H., Kim K.S. 2000. Effect of uniconazole treatment on the growth and flowering of potted Chrysanthemum indicum L. Korean J. Hort. Sci. Techn. 18 (1): 28–32. Krzymińska A. 2001. Wpływ retardantów wzrostu na kwitnienie narcyzów pędzonych w doniczkach. Rocz. Akademii Rolniczej w Poznaniu CCCXXXII. Ogrodnictwo 33: 81–84. Krzymińska A. 2008. Ozdobne gatunki i odmiany czosnku (Allium L.). Analiza genetyczna i mikromorfologiczna. Metody pędzenia. Rozprawy naukowe 392. Wydawnictwo AR Poznań. Laskowska H., Pogroszewska E., Durlak W. 2007. Wpływ retardantów wzrostu na plonowanie czosnku główkowatego (Allium sphaerocephalon L.). Roczniki AR w Poznaniu CCCLXXXIII: 103–107. Laskowska H., Sprzączka I. 2005. Wpływ fluropirimidolu na wzrost i kwitnienie pędzonych tulipanów w uprawie doniczkowej. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 504: 141–146. Mroczko R., Szlachetka W.I. 1999. Wpływ fluroprimidolu na wzrost i kwitnienie tulipanów ‘Gander’ i ‘Apeldoorn’ uprawianych w doniczkach. Zesz. Nauk. ISiK 6: 169–176. Pobudkiewicz A. 1996. Wpływ flurprimidolu na wzrost i kwitnienie tulipanów ‘Gander’ uprawianych w doniczkach. Mat. IX Ogólnopolski Zjazd Kwiaciarzy (16-17 May 1996, Skierniewice, Polska): 51–52.

Pobudkiewicz A. 2000a. Response of seed-propagated geranium (Pelargonium ×hortorum L.H. Bailey) to application of flurprimidol. Acta Agrobot. 53 (1): 31–38. Pobudkiewicz A. 2000b. The response of Cuphea ignea A. DC. to flurprimidol application. Folia Hortic. 12 (1): 99–106. Pobudkiewicz A. 2008. The Influence of growth retardants and cytokinins on flowering of ornamental plants. Acta Agrobot. 61 (1): 137–141. Pobudkiewicz A., Nowak J. 1992. Effect of flurprimidol and silver thiosulphate (STS) on the growth and flowering of ‘Prima’ lilies grown as pot plants. Acta Hortic. 325: 193–198. Pobudkiewicz A., Nowak J., Podwyszyńska M., Przybyła A. 2000. The effect of growth retardants on growth and flowering of dwarf alstroemeria. Acta Agrobot. 53 (2): 77–84. Pobudkiewicz A., Treder J. 2006. Effect of flurprimidol and daminozide on growth and flowering of oriental lilly ‘Mona Lisa’. Scientia Hortic. 110 (4): 328–333. Pogroszewska E. 2002. Studia nad wzrostem i kwitnieniem skrzydłokwiatu (Spathiphyllum Schott). Rozprawy Naukowe AR w Lublinie 263. Wydawnictwo AR w Lublinie, Lublin. Schroeter A., Janowska B. 2003. Wpływ retardantów stosowanych dolistnie na jakość rozsady aksamitki rozpierzchłej i niecierpka Walleriana. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 491: 237–244. Serocka K., Zalewska M. 2001. Wpływ Topfloru na jakość mieczyków kwitnących w szklarni. Rocz. Akademii Rolniczej w Poznaniu CCCXXXII. Ogrodnictwo 33: 127–136. Startek L. 2003. Porównanie działania czterech retardantów stosowanych do moczenia cebul na tulipanach uprawianych w doniczkach. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 491: 253–266. Startek L., Wolańska A. 1998. Wpływ retardantów na wzrost i rozwój bratka ogrodowego odmiany ‘Roc Golden’ (Viola ×wittrockiana Gams). Fol. Univ. Agric. Stetin. 187, Agricultura 70: 121–128. Whipker B.E., Dasoju S.K., Evans M.R. 2000. Vegetatively propagated geraniums respond similarly to drench applications of paclobutrazol or uniconazole. Hort. Techn. 10 (1): 151–153. Yoo Y.K., Kang S.W. 1999. Effects of uniconazole treatment on the growth and flowering of Chrysanthemum zawadskii ssp. naktongense. J. Korean Soc. Hortic. Sci. 40 (4): 515–519.

Modern Phytomorphology 3: 73–75, 2013

THE INFLUENCE OF MEDIUM SOLIDIFYING AGENTS AND DOUBLE‑PHASE MEDIUM ON THE GROWTH AND DEVELOPMENT OF COSMOS ATROSANGUINEUS (HOOK.) VOSS IN VITRO Danuta Kozak *, Marzena Parzymies, Marek Dąbski Abstract. Influence of different medium gelling agents (Agar-Agar Sigma, Lab-AgarTM Biocorp, Bacto-Agar Difco, Gelrite) and two types of medium (solidified by Agar-Agar and double-phase medium) on branching and growth of Cosmos atrosanguineus shoots was investigated. Shoot tips obtained from aseptical tissue cultures were grown for 6 weeks on Murashige and Skoog medium containing BA in concentration of 1 mg ∙ dm-3. It was found that induction of axillary shoots was the best on double-phase medium (addition of liquid medium after 4 weeks of shoot cultures in vitro). No significant differences were found in regeneration potential and elongation of shoots depending of the media solidified by studied agars or Gelrite. Key words: Cosmos atrosanguineus, cosmos, agar brand, Gelrite, double-phase medium, branching of shoots Institute of Ornamental Plants and Landscape Architecture, University of Life Sciences in Lublin, 58 Leszczynskiego str., 20-068 Lublin, Poland; * danuta.kozak@up.lublin.pl

Introduction The most characteristic feature of Cosmos atrosanguineus (Hook.) Voss are chocolate scented flowers. Dark red-brown, sometimes almost black, velvety flowers on long, slender, reddish brown stems bloom from early summer to autumn. Chocolate cosmos is a tuberousrooted, tender perennial native to Mexico. It may be overwintered indoors where not hardy. The best places for cultivation are borders or containers where the flowers can be appreciated up close. They also are good cut flowers. These plants do not produce seeds, so that they have to be propagated vegetatively, by division of tubers. Because this method of propagation is very slow, studies on in vitro propagation of C. atrosanguineus were undertaken. It is well known that solidifying agents as well as double-phase medium have significant effect on the developmental processes of in vitro growing plants (Griffis et al. 1991; MarcelisVan Acker & Scholten 1995; Scholten & Pierik 1998; Serrano-Martinez et al. 2012; Scherwinski-Pereira et al. 2012). The aim of this experiment was to investigate the effect of agar brand, Gelrite and double© The Author(s), 2013

phase of medium on branching and growth in vitro of C. atrosanguineus shoots. Material and methods Shoot tips of C. atrosanguineus taken from aseptically grown shoot cultures were used in this experiment. They were cultivated on the basic Murashige & Skoog (MS) (1962) medium containing: mineral salts and thiamine – 0.4 mg ∙ dm-3, pyridoxine – 0.5 mg ∙ dm‑3, nicotinic acid – 0.5 mg ∙ dm-3, glycine – 2 mg ∙ dm-3, myo-inositol – 100 mg ∙ dm‑3, sucrose – 30 g ∙ dm-3 and supplemented with cytokinin, benzyladenine (BA), in concentration of 1 mg ∙ dm-3. The different gelling agents (Agar‑Agar Sigma – 6.5 g ∙ dm‑3, Lab-AgarTM Biocorp – 6.5 g ∙ dm‑3, Bacto‑Agar Difco – 6.5 g ∙ dm-3, Gelrite – 2.0 g ∙ dm-3) and double-phase medium (addition of liquid medium to the Agar-Agar medium after 4 weeks of culture) were tested. Shoot tips were placed into 250 ml Erlenmeyer flasks, with five shoots per flask. Each combination consisted of 4 flasks – 20 shoots. Each flask with 5 explants was a replication.

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Table 1. The influence of gelling agent type on growth and development of Cosmos atrosanguineus main shoot after 6 weeks of in vitro culture. Type of gelling agent

Length of main shoot (mm)

Number of leaves on main shoot

Fresh weight of main shoot (mg)

Agar-Agar Sigma

27.8 b*

9.1 a

66.2 c

Bacto-Agar Difco

29.9 a

8.4 ab

74.8 ab

Lab-Agar

29.0 ab

7.9 b

68.1 bc

Gelrite

30.4 a

8.6 ab

82.7 a

Mean

29.3

8.2

73.0

* values in vertical columns followed by the same letter do not differ significantly at p = 0.05. Table 2. The influence gelling agent type on number and growth of Cosmos atrosanguineus axillary shoots after 6 weeks of in vitro culture. Type of gelling agent

Number of axillary shoots Length of axillary shoots (mm)

Fresh weight of axillary shoots/explant (mg)

Agar-Agar Sigma

4.7 a*

10.3 a

62.5 b

Bacto-Agar Difco

5.1 a

13.1 a

69.8 b

Lab-Agar

4.7 a

12.6 a

63.5 b

Gelrite

5.4 a

13.2 a

80.5 a

Mean

4.9

12.3

69.0

* values in vertical columns followed by the same letter do not differ significantly at p = 0.05.

The cultures were maintained at 22°C± 2°C with a photon flux of 35 µM ∙ m-2 ∙ s-1 and a 16-h photoperiod. The following characters were evaluated after 6 weeks of culture: length and fresh weight of main shoot, number of leaves and axillary shoots on main shoot, length and fresh weight of axillary shoots. The results of the experiment were analyzed statistically using a standard statistical procedure with one factorial design with use of Tukey test to estimate the differences between the means at a 5% level of significance. Results and discussion On the basis of statistical analysis it was proven that type of medium gelling agent has a significant effect on growth and development of the main shoot of Cosmos atrosanguineus. Shoots of the biggest length and fresh weight were obtained on the medium solidified with Gelrite (30.4 mm, 82.7 mg respectively). Significantly lower values were noted when Agar-Agar Sigma was used (27.8, 66.2 mg respectively) (Tab. 1).

Similarly, number of regenerating axillary shoots, their length and fresh weight were the highest on the media solidified with Gelrite (Tab. 2). No differences in number and length of axillary shoots were observed regarding addition of Gelrite or agar to the medium. Many authors reported about advantageous effect of Gelrite used to solidify the media on growth and regeneration of plants in tissue cultures (Bailey et al. 1986; McRae & Van Staden 1990; Griffis et al. 1991; Kozak & Dąbski 1998). Comparing growth of the main shoot on the media solidified with agar and on the doublephase media, significantly better elongation of shoots was noted on the double-phase media. The obtained shoots formed more leaves and characterized with higher fresh weight when they were cultivated on double-phase media when compared to shoots cultivated on the media solidified with Agar-Agar (Tab. 3). The number of regenerating axillary shoots was also significantly higher on the doublephase media. Their length was similar on both media settings but the fresh weight was over

Kozak D., Parzymies M., Dąbski M. Influence of different mediums on Cosmos growth

Table 3. The influence of medium setting on growth and development of Cosmos atrosanguineus main shoots after 6 weeks of in vitro culture. Medium condensation

Length of main shoot (mm)

Number of leaves on main shoot

Fresh weight of main shoot (mg)

Solidified by Agar-Agar

27.8b*

8.0 b

66.2 b

Double-phase medium

33.0 a

9.2 a

98.7 a

Mean

30.4

8.6

82.4

* values in vertical columns followed by the same letter do not differ significantly at p = 0.05. Table 4. The influence of medium setting on number and growth of Cosmos atrosanguineus axillary shoots after 6 weeks of in vitro culture. Medium condensation

Number of axillary shoots

Length of axillary shoots (mm)

Fresh weight of axillary shoots/explant (mg)

Solidified by Agar-Agar

4.7 b*

10.3 b

62.5 b

Double–phase medium

7.4 a

11.3 a

154.9 a

Mean

6.0

10.8

108.7

* values in vertical columns followed by the same letter do not differ significantly at p = 0.05.

two times higher on the double-phase media (Tab. 4). An advantageous effect of doublephase media on number and length of shoots was observed in case of Rosa hybrida L. cv. ‘Sweet Promise’ (Maene & Deberth 1985), Pyrus domestica Medik. (Wang 1991), Helianthemum marminorense Alcaraz, Peinado & Mart. Parras (Serrano-Martinez et al. 2012), Ananas comosus (L.) Merr. (ScherwinskiPereira et al. 2012). Conclusions 1. Double-phase medium has the most favourable influence on the induction of axillary shoots of Cosmos atrosanguineus in tissue culture. 2. The type of gelling agent has no significant effect on the multiplication rate. 3. Elongation growth of axillary shoots is improved by medium solidified with Gelrite or Bacto-Agar Difco. References Bailey D.A., Seckinger G.R., Hammer P.A. 1986. In vitro propagation of florist’s hydrangea. HortScience 21 (3): 526–526. Griffis J.L., Wedekind H., Johnson S. 1991. Effect of several commercially available solidifying agents on

in vitro growth of Alocasia bellota ‘Alicia’. Proc. of the Florida State Hort. Soc. 104: 303–308. Kozak D., Dąbski M. 1998. Influence of agar and Gelrite on branching and growth of Euonymus, Hypocyrta, Philodendron shoots in vitro. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 461: 239–244. Maene L., Debergh P. 1985. Liquid medium additions to established tissue cultures to improve elongation and rooting in vivo. Plant Cell Tiss. Org. Cult. 5: 23–33. McRae S., Van Staden J. 1990. In vitro culture of Eucalyptus grandis: effect of gelling agents on propagation. J. Plant. Physiol. 137: 249–251. Marcelis-Van Acker C.A.M., Scholten H.J. 1995. Development of axillary buds of rose in vitro. Sci. Hort. 63: 47–55. Murashige T., Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 15: 473–479. Scherwinski-Pereira J.E., da C. Araruna Lima E., da Silva T.L., Mesquita A. G. G., de A. Maciel S., da Silva Costa F.H. 2012. Double-phase culture system for large scale production of pineapple. Plant Cell Tiss. Org. Cult. 109: 263–269. Scholten H.J. & Pierik R.L.M. 1998. Agar as a gelling agent : differential biological effect in vitro. Sci. Hort. 77: 109–116. Serrano-Martinez F., Cano-Castillo M., Casas J. 2012. In vitro propagation of Helianthemum marminorense. J. Plant Biochem. Biotechnol. 21 (2): 300–304. Wang Q.C. 1991. Shoot multiplication of pear in doublephase medium culture. Acta Hort. 289: 349–350.

Modern Phytomorphology 3: 77–81, 2013

THE EFFECT OF FERTILIZATION WITH DIFFERENT RATES OF POTASSIUM AND CALCIUM CARBONATE ON YIELD, VITAMIN C CONTENT, AND SALT CONCENTRATION IN THE MEDIUM OF STALK CELERY Karolina Pitura *, Zenia Michałojć, Katarzyna Dzida, Zbigniew Jarosz Abstract. The effect of different rates of potassium: 0.4; 0.8; 1.2; 1.6 g K ∙ dm-3, and calcium carbonate: 5 g and 15 g CaCO3 ∙ dm-3, on stalk celery yield and vitamin C content as well as on salt concentration in the medium was analysed in a greenhouse experiment. Stalk celery weight and vitamin C content were found to be reduced after the application of the potassium rate higher than 1.2 g K ∙ dm-3. The study found that the salt concentration in the medium increased with an increase in the rate of potassium and that there was no effect of the increased rate of calcium carbonate on total salt concentration in the medium of stalk celery. The different rates of calcium carbonate affected the uptake of nitrogen, phosphorus, and magnesium by stalk celery. Key words: potassium, calcium carbonate, stalk celery, salt concentration, yield, vitamin C Department of Cultivation and Fertilization of Horticultural Plants, University of Life Sciences in Lublin, 58 Leszczyńskiego, 20-068 Lublin, Poland; * k.pitura@wp.pl

Introduction Potassium, alongside nitrogen, is one of the main elements responsible for plant yield (Isidora et al. 2008; Lester et al. 2010). It is taken up throughout the whole period of plant growth as the K+ ion, and its tasks include regulating water balance in plants and enhancing plant resistance to drought, frost and diseases. Potassium present in the substrate also affects the salt concentration and, as a consequence, plant yield. The use of too high rates of potassium fertilizer may lead to substrate salinity, which inhibits plant growth (Nurzyński 2008). As shown by the research of Dzida (2004) as well as of Dzida & Jarosz (2010), the addition of calcium carbonate to the medium, apart from a reduction in its salinity, affects the nutrient content in the medium and may lead to a decrease in its salinity. Horticultural plants have been divided into 3 groups in terms of their sensitivity to salt concentration in the substrate: plants of low and medium sensitivity as well as a group of plants with high sensitivity to salt concentration, © The Author(s), 2013

which includes stalk celery (Breś et al. 2003). The cultivation of stalk celery in Poland covers an area of only several hectares, but due to its dietetic properties its crop area is constantly increasing. The high nutritional value of celery primarily results from its content of mineral salts, mainly calcium (980-1546 mg % DW), potassium (510 mg % DW), phosphorus, magnesium, iron, manganese, and copper. Moreover, stalk celery contains the following vitamins: C (0.3-6.8 mg %), B1 (0.05 mg %), B2 (0.07 mg %), and B3 (0.55 mg %) (Pudelski 2002; Rumpel 2005). Material and methods A greenhouse study of stalk celery cv. ‘Verde Pascal’ was carried out in 2007. Plants were planted in their permanent place on 5 September and harvested on 5 November. The growth period from seeding to harvest was 83 days. The experiment was set up as a completely randomized design in 8 replications. The experimental unit was one plant growing in one 2 dm3 pot filled with transitional peat with

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Table 1. Content of N – NH4, N –NO3, P – PO4, K, Ca, Mg, S – SO4 (mg ∙ dm-3) and pH (H2O) in substrate of celery. Dose (g ∙ dm-3) CaCO3 (B)

K (A)

N – NH4

N – NO3

P – PO4

S – SO4

0,4

5,0

118

280

901

353

5,84

0,8

5,0

107

143

160

959

354

5,62

1,2

5,0

120

123

304

1133

451

5,56

1,6

5,0

126

101

378

819

475

5,78

127

166

218

953

408

5,56-5,84

X 0,4

15,0

150

135

148

3358

138

355

6,28

0,8

15,0

154

118

322

3934

114

401

6,42

1,2

15,0

161

115

444

2897

405

6,52

1,6

15,0

163

105

472

2906

400

6,60

157

118

347

3274

106

390

6,28-6,60

X X for dose K 0,4

134

207

2130

103

354

5,84-6,28

0,8

148

139

160

2447

377

5,62-6,42

1,2

140

119

304

2015

428

5,56-6,52

1,6

144

103

378

1863

437

5,78-6,60

3,60

n.s.

3,18

32,43

n.s.

19,40

2,21

LSD 0.05 for

1,88

7,52

1,66

16,98

347,67

10,16

1,15

6,16

24,58

5,44

55,49

n.s.

33,19

3,78

Note: n.s. – no significant differences.

an initial pH of 5.6. The study used different rates of potassium fertilizer: 0.4; 0.8; 1.2; 1.6 g K ∙ dm‑3, and the following rates of calcium carbonate: 5g and 15 g CaCO3 ∙ dm-3. The initial nutrient content in peat (in mg ∙ dm-3) was as follows: N-NH4 – trace amounts; N-NO3 – 25; P – 25; K – 10; Ca – 40; Mg – 8; whereas in water used for watering plants these values were the following: N-NH4 + N-NO3 – 18; P – 11; K – 4; Ca – 110; Mg – 9; pH – 7.2; and EC – 0.6 mS ∙ cm-1. The following amounts of nutrients were used for all plants, taking into account natural nutrient availability in the substrate (g ∙ plant-1): 1.6 N; 0.8 P; 0.9 Mg. Nitrogen was applied in the form of ammonium nitrate (34% N), potassium as K2SO4 (42% K), magnesium as MgSO4 × H2O (17.4% Mg), phosphorus – in the form of triple superphosphate (20% P). In all treatments, the following amounts of micronutrients were applied to the medium (in mg ∙ dm-3): Fe – 16; Mn – 10.2; Cu – 26.6; Zn – 1.48; B – 3.2; Mo – 7.4. The above-

mentioned micronutrients were supplied in the following form: EDTA – Fe; MnSO4 × H2O; CuSO4 × 5 H2O; ZnSO4 × 7 H2O; H3BO3; (NH4)6Mo7O24 × 4 H2O. Phosphorus and micronutrients as well as ¼ of the rates of N, K, and Mg were supplied to the substrate during its preparation for planting. The remaining amounts of N, K, and Mg were applied during plant growth three times at 8-12 day intervals. The plants were harvested at commercial maturity; subsequently, above-ground weight and vitamin C content in fresh samples, following Tillmans’ method (PN-A-04019 1998) were determined. After harvest, the content of the following nutrients in the substrate was determined in 0.03 M acetic acid extract: N-NH4 and N-NO3 by Bremner’s microdistillation method modified by Starck, K, Ca, and Mg by atomic absorption spectrometry (AAS) (AAnalyst 300 Perkin Elmer) as well as phosphorus colourimetrically with ammonium metavanadate and sulphur with BaCl2. The values of pH and EC were determined in a

Pitura K., Michałojć Z., Dzida K., Jarosz Z. Effect of K and CaCO3 on stalk celery suspension of the medium and distilled water at a ratio of 2:1. The obtained results on yield, vitamin C content and the substrate assayed were statistically analysed by analysis of variance. In the experiment, the least significant difference (LSD) was determined based on Tukey’s test at the α=0.05 level of significance. Results and discussion The applied rates of potassium significantly affected the salt concentration in the medium of stalk celery (Fig. 1). It was shown that the salt concentration in the medium increased with an increase in the rate of potassium. After the application of the lowest potassium rate, 89 mg K ∙ dm-3 medium and a salt concentration of 1.2 mS ∙ cm‑1 were recorded on average, while after the application of the highest potassium rate the average values of these traits were, respectively, 378 mg K ∙ dm-3 and 1.64 mS ∙ cm‑1 (Fig. 1 and Tab. 1). An increase in salt concentration in the medium under the influence of increasing potassium fertilization has been confirmed by Dzida (2004) and Michałojć et al. (2006) in their studies. The high content of potassium in the substrate after the application of the higher rates is evidence of its low utilisation by the celery plants. This is reflected in their yield (Fig. 2), since at the highest value of EC the fresh weight of celery plants distinctly decreased. The highest yield (94 g ∙ plant-1) was obtained after the application of fertilization at the amount of 0.8 g K ∙ dm-3 medium and 15 g CaCO3, which corresponded to the content of 322 mg K ∙ dm-3 in the substrate and the value of EC equal to 1.42 mS ∙ cm‑1. The different rates of calcium carbonate affected the uptake of nitrogen, phosphorus, potassium, and magnesium by stalk celery. In the medium in which the higher rate of calcium carbonate had been applied, a higher content of potassium and magnesium was recorded, thus a slightly higher salt concentration in the medium. Despite that yield was slightly higher after the application of 15 g CaCO3 than after the application of the lower rate of calcium carbonate, these differences were not confirmed statistically. The study of

Pitura et al. (2012) showed that increasing rates of calcium had no effect on the weight of kale plants and that there was a significant increase in above-ground weight of stalk celery with an increase in the rate of calcium. On the other hand, the study of Li et al. (2010) shows a significant influence of the rate of calcium, phosphorus, potassium, and magnesium on fresh and dry weight yield of stalk celery. The stimulating effect of an increased rate of calcium on greenhouse tomato yield was found in the study of Wińska-Krysiak & Łata (2007). A large amount of potassium in the substrate, thereby a high value of salt concentration, had an adverse effect on vitamin C content in plant fresh weight (Fig. 3). An increase in the amount of potassium supplied to the substrate from 1.2 to 1.6 g K ∙ dm-3 caused a decrease in vitamin C content in the plants by half. The above-ground parts of celery grown in the medium to which 1.2 g K ∙ dm-3 and 15 g CaCO3 had been supplied were characterized by the highest amount of this compound (54.32 mg 100 g-1 FW). As reported by Golcz (1996), the increased rates of potassium had a positive influence on vitamin C content in red pepper fruits. Perucka & Materska (2004) did not find calcium ions to have an effect on vitamin C content in hot pepper, while Kowalska (2004) did not find such effect in spinach. Conclusions 1. Stalk celery weight and vitamin C content were found to be reduced after the application of the potassium rate higher than 1.2 g K ∙ dm-3. 2. The study found that the salt concentration in the medium increased with an increase in the rate of potassium and that there was no effect of the increased rate of calcium carbonate on the salt concentration in the medium of stalk celery. 3. The different rates of calcium carbonate affected the uptake of nitrogen, phosphorus and magnesium by stalk celery. References Breś W., Golcz A., Komosa A., Kozik E., Tyksiński W. 2003. Nawożenie roślin ogrodniczych. Wydawnictwo AR w Poznaniu, Poznań.

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Fig. 1. Effect of potassium and CaCO3 fertilization on salt concentration in substrate.

Fig. 2. Effect of potassium and CaCO3 fertilization on yield of celery.

Pitura K., Michałojć Z., Dzida K., Jarosz Z. Effect of K and CaCO3 on stalk celery

Fig. 3. Effect of potassium and CaCO3 fertilization on content of vitamin C in celery. Dzida K. 2004. Wpływ nawożenia azotowo potasowego na plonowanie buraka liściowego (Beta vulgaris var. cicla) i zawartość składników w podłożu. Rocz. AR Pozn. CCCLVI, Ogrod. 37: 55–60. Dzida K., Jarosz Z. 2010. Effect of calcium carbonate and differentiated nitrogen fertilization upon the yield and chemical composition of spinach beet. Acta Sci. Pol. Hortorum Cultus 9 (3): 201–210. Golcz A. 1996. Skład chemiczny papryki w zależności od odmiany i stopnia dojrzałości owoców. VI Konferencja Katedr Uprawy Roli i Nawożenia Roślin Ogrodniczych Akademii Rolniczych „Nawożenie roślin ogrodniczych - stan badań i kierunki rozwoju” (20-21.06.1996 r., Kraków): 55–56. Kowalska I. 2004. Zawartość wybranych składników w szpinaku (Spinacia oleraceae L.) uprawianym przy zróżnicowanej zawartości wapnia. Rocz. AR Pozn., CCCLX, Ogrod. 38: 105–110. Li Y., Wang T., Li J., Ao Y. 2010. Effect of phosphorus on celery growth and nutrient uptake under different calcium and magnesium levels in substrate culture. Hort Sci. (Prague) 37: 99–108. Isidora R., Pavlovic M., Sala F., Adina B. 2008. Potassium fertilization influence upon vegetables yield quality and soil fertility protection. Res. J. Agric. Sci. 40 (2): 147–152. Lester G.E., Jifon J.J., Makus D.J. 2010. Impact of potassium nutrition on food quality of fruits and vegetables: A condensed and concise review of the literature. Better Crops 94 (1): 18–21.

Michałojć Z., Wołodko A., Nowak L. 2006. Wpływ nawożenia potasem na wzrost, kwitnienie, walory dekoracyjne i skład chemiczny celozji (Celosia argantea var. cristata L.). Acta Agroph. 7 (4): 983–990. Nurzyński J. 2008. Nawożenie roślin ogrodniczych. Wydawnictwo AR w Lublinie, Lublin. Perucka I., Materska M. 2004. Wpływ Ca2+ na zawartość witaminy C, prowitaminy A i ksantofili w owocach wybranych odmian papryki ostrej. Ann. UMCS Sect. E 59 (4): 1933–1939. Pitura K., Michałojć Z., Nowak L. 2012. Wpływ rodzaju nawozu potasowego oraz dawki węglanu wapnia na stężenie soli w podłożu, plonowanie i wartość biologiczną wybranych gatunków roślin warzywnych. Annales UMCS, EEE Hort. XXII (3): 13–20. PN -A-04019. 1998. Oznaczanie zawartości witaminy C. Polski Komitet Normalizacyjny. Pudelski T. 2002. Uprawa warzyw pod osłonami: 245–246. PWRiL, Warszawa. Rumpel J. 2005. Uprawa selera korzeniowego, naciowego, listkowego. Hortpress, Warszawa. Wińska-Krysiak M., Łata B. 2007. Wpływ zróżnicowanego nawożenia wapniem na plonowanie pomidora odmiany ‘Geronimo F1’ i linii DRW 7428 F1 (typ Cunero), uprawianych na wełnie mineralnej. Rocz. AR. Pozn. CCCLXXXIII, Ogrod. 41: 661–666.

Modern Phytomorphology 3: 83–86, 2013

YIELDING OF LEAF CELERY APIUM GRAVEOLENS L. VAR. SECALINUM ALEF. DEPENDING ON THE NUMBER OF HARVESTS AND IRRIGATION Ewa Rożek Abstract. Leaf celery (Apium graveolens var. secalinum) is a vegetable with medicinal and spicy properties. Its numerous intensely fragrant leaves can be cut several times during the plant growing period. The aim of this study was to evaluate the effect of irrigation and number of harvests on leaf celery yield of the cultivars ‘Afina’ and ‘Gewone Snij’. Plant irrigation significantly increased leaf yield and plant height of leaf celery. Higher total yield was obtained from non-irrigated plants when leaves were harvested three times, whereas for irrigated plants yield was higher in the case of two leaf harvests. Irrespective of the experimental factors, higher yield was obtained from the cultivar ‘Gewone Snij’ Key words: Apium graveolens, leaf celery, cultivar, harvest, yield, irrigation Department of Vegetable Crops and Medicinal Plants, University of Life Sciences in Lublin, 58 Leszczyńskiego str., 20–069 Lublin, Poland; ewa.rozek@up.lublin.pl

Introduction

Material and methods

Celery, Apium graveolens L., is a plant with high taste, dietetic, and medicinal values (Saleh et al. 1985; Zheng et al. 1993; Jabłońska‑Ryś & Zalewska-Korona 2006; Mansi et al. 2009; Nehal 2011). Three botanical varieties of this vegetable are important for cultivation: a) celeriac, Apium graveolens var. rapaceum (Mill.) Gaud. Beaup., which is widespread mainly in Central Europe; b) celery, Apium graveolens var. dulce (Mill.) DC., grown primarily in Western Europe and the USA; and the least known c) leaf celery, Apium graveolens L. var. secalinum Alef., which is mainly used as a spice plant. The decorative and medicinal properties of celery have been known for a long time and many authors confirm its use in folk medicine (Saleh et al. 1985; Atta & Alkofahi 1998). Compared to celery, leaf celery produces much more leaves and has thinner and more delicate petioles; hence it is better raw material for processing. The aim of this study was to evaluate the effect of plant irrigation and frequency of harvests on the growth and yield of 2 leaf celery cultivars.

The present experiment was conducted at the Felin Experimental Farm of the University of Life Sciences in Lublin in 2006. Two leaf celery cultivars: ‘Afina’ and ‘Gewone Snij’, were the subject of the study. Plants were grown from seedlings produced in a greenhouse. Seeds were sown in germination boxes in the first decade of March and subsequently, after the first true leaves were formed, seedlings were transplanted into seedling trays. Plants were planted in the field on 15 May, 20 plants per plot at a spacing of 20×25 cm. Before planting, the following fertilizers were applied: 100 kg · ha-1 N in the form of ammonium nitrate, 120 kg · ha-1 P2O5 as triple superphosphate, and 150 kg · ha-1 K2O as potassium sulphate. After the first harvest, nitrogen fertilization was applied at a rate of 50 kg · ha-1. Plants were first irrigated, using drip irrigation lines, immediately after planting seedlings at a rate corresponding to 15 mm of rainfall, and then irrigation was performed at a rate of 25 mm twice in June, three times in July, twice in September, and once in October. During harvest, leaves were cut off 3-5 cm above ground. In the first treatment, harvest was done on two dates – 14 August and 17 October, while

Modern Phytomorphology 3 (2013) in the second treatment on three dates – 30 July, 18 September, and 17 October. The results were analysed using analysis of variance for two-way classification.

100 90 80 70 60

non-irrigated

Results and discussion

irrigated

40 30 20 10 0 two-cut harvest

three-cut harvest

Fig. 1. Effect of the frequency of harvests and irrigation on yield of leaf celery (mean of cultivars, t · ha-1). Table 1. Effect of two-cut harvest and irrigation on yield of two leaf celery cultivars (t · ha-1). Cultivar

Harvest

Nonirrigated plants

Irrigated plants

Afina

14.08

16,3 c

50,1 a

17.10

33,5 b

29,5 b

Total

49,8 D

79,6 B

14.08

15,6 c

55,2 a

17.10

45,2 b

52,1 a

Total

60,8 C

107,3 A

Gewone Snij

Note: values signed with the same letters do not differ significantly. Table 2. Effect of three-cut harvest and irrigation on yield of two leaf celery cultivars (t · ha-1). Cultivar

Harvest

Nonirrigated plants

Irrigated plants

Afina

30.07

4,7 c

35,6 b

18.09

63,3 a

35,2 b

17.10

6,9 c

7,9 c

Total

74,9 B

78,7 B

30.07

5,2 d

35,5 c

18.09

69,8 a

45,7 b

17.10

6,4 d

8,7 d

Total

81,4 B

89,9 A

Gewone Snij

Note: values signed with the same letters do not differ significantly.

Vegetables in which leaves are the yield show the greatest sensitivity to drought during the increase in leaf biomass (Kaniszewski 2005). An adequate amount of rainfall during plant growth is a condition for obtaining high and qualitatively good celery yield. In the present study, irrigation significantly increased leaf yield of leaf celery both in the treatment in which the harvest was done twice and in the one in which three harvests were taken. In the case of the triple harvest, the difference in yield obtained from non-irrigated and irrigated plants was lower than in the plots where the harvest was done twice (Fig. 1). Total yield of non-irrigated plants harvested twice was 49.8-60.8 t · ha‑1 (Tab. 1), while in those harvested three times it was 74.9‑81.4 t · ha‑1 (Tab. 2). Yield of irrigated plants was, respectively, 79.6-107.3 t · ha‑1 (two harvests) and 78.7-89.9 t · ha‑1 (three harvests). The date of the first leaf harvest in the middle of August was appropriate for irrigated plants. In harvesting plants at this time, we obtained even yield distribution and plant height that was similar during the first and second harvests (Tab. 3). On this date, non-irrigated plants were too low to harvest (9.5-9.7 cm), therefore twice lower yield was obtained from them compared to plants harvested in October. Three harvests of leaves were taken, respectively, on 30 July, 18 September, and 17 October. The first date of harvest for non-irrigated plants proved to be too early, while the second one was too late (Tab. 2). A similar yield was obtained from irrigated plants during the harvests taken on 30 July and 18 September. During the third harvest, low yield was only obtained from both cultivars, ranging 6.4‑8.7 t · ha‑1 (Tab. 2). On this harvest date, plant height was 12.2-15.0 cm (Tab. 4). An earlier study of the cultivars ‘Afina’ and ‘Safir’ (Rożek 2007a, b) showed that increased frequency of harvests contributed to a decrease

Rożek E. Yielding of leaf celery depending on the number of harvests and irrigation in total leaf yield of leaf celery. During the study conducted in the period 2004-2005, the average yield of non-irrigated plants harvested twice was 7.49‑7.78 kg · m-2, while for those harvested three times it was 5.29-7.36 kg · m-2. The average yield of irrigated plants harvested twice was also higher (11.62-13.58 kg · m-2) compared to the yield from plants harvested three times (7.70‑11.97 kg · m-2). Irrespective of irrigation and the number of harvests, higher total leaf yield was obtained from the cultivar ‘Gewone Snij’. Conclusions 1. Irrigation of plants significantly increased leaf yield and plant height of leaf celery. Due to irrigation, a better distribution of celery yield was obtained. 2. In the case of non-irrigated plants, the date of harvest in the middle of August proved to be too early. At this time, the plants were still not fully grown and significantly lower yield was obtained compared to that from irrigated plants. 3. An increase in the number of harvests contributed to a distinct increase in yield only in the case of non-irrigated plants. Yield of irrigated plants harvested twice or three times was comparable. 4. Irrespective of the experimental factors, higher total leaf yield was obtained from the cultivar ‘Gewone Snij’. References Atta A.H., Alkofahi A. 1998. Anti-nocicepite and antiinflammatory effects of some Jordanian medicinal plant extract. J. Ethnopharmacol. 60: 117–124. Jabłońska-Ryś E., Zalewska-Korona M. 2006. Zawartość steroli w selerze korzeniowym. Acta Agroph. 8 (3): 603–609. Kaniszewski S. 2005. Nawadnianie warzyw. PWRiL. Warszawa. Mansi K., Abushoffa A.M., Disi A., Aburjai T. 2009. Hypolipidemic effects of seed extract of celery (Apium graveolens) in rats. Pharmacog. Mag. 5: 301–305. Nehal M.B. 2011. Hepatoprotective effect of feeding celery leaves mixed with chicory leaves and barley grains to hypercholesterolemic rats. Asian J. Clin. Nutr. 3: 14–24.

50 45 40 35 30 non-irrigated 25

irrigated

20 15 10 5 0 two-cut harvest

three-cut harvest

Fig. 2. Effect of frequency of harvests and irrigation on plant height of leaf celery (mean of cultivars, cm). Table 3. Effect of two-cut harvest and irrigation on plant height of two leaf celery cultivars (cm). Cultivar

Harvest

Nonirrigated plants

Irrigated plants

Afina

14.08

16,0 b

41,7 a

17.10

37,7 a

37,2 a

Total

26,9 D

41,0 B

14.08

23,5 c

52,5 a

17.10

46,7 b

49,7 b

Total

35,1 C

51,1 A

Gewone Snij

Note: values signed with the same letters do not differ significantly. Table 4. Effect of three-cut harvest and irrigation on plant height of two leaf celery cultivars (cm). Cultivar

Harvest

N o n - Irrigated i r r i g a t e d plants plants

Afina

30.07

9,7 c

43,5 a

18.09

44,2 a

36,7 b

17.10

12,2 c

14,2 c

Total

22,0 C

31,5 B

30.07

9,5 c

45,2 b

18.09

53,5 a

48,2 ab

17.10

13,2 c

15,0 c

Total

25,4 C

36,1 A

Gewone Snij

Note: values signed with the same letters do not differ significantly.

86 Rożek E. 2007a. Reaction of leaf celery (Apium graveolens L. var. secalinum) to planting density and irrigation. Veget. Crops Res. Bull. 66: 69–77. Rożek E. 2007b. Growth and yielding of leaf celery (Apium graveolens L. var. secalinum Alef.) cultivated for two-cut harvest. Herba Pol. 53 (3): 17–21. Saleh M.M., Zwaving J.H., Malingre T.M., Bos R. 1985. The essential oils of Apium graveolens var. secalinum and its cercaricidal activity. Pharm. Weekbl. Sci. 7: 277–279.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Zheng G., Kenney P.M., Zhang J., Lam K.T. 1993. Chemoprevention of benzo(a)pyrene-induced forestomach cancer in mice by natural phthalides from celery seed oil. Nutr. And Can. 19 (1): 77–86.

Modern Phytomorphology 3: 87–98, 2013

THE SELECTED TAXA VALUABLE AS FOOD FOR INSECT VISITORS IN AGRICULTURAL LANDSCAPE OF JASTKÓW, SE POLAND Bożena Denisow 1 & Małgorzata Wrzesień 2 Abstract. The flora inventory was carried out in 2011-2012 in the Jastków manicipality in SE part of Poland. The aim of the study was to assign the condition of bee flora and establish the floristic richness on fallows, bush communities and fields margins in agricultural landscape. Flora of these biotops consists of 214 species, among them 80% were flow taxons. Apophytes (163 species – 78%) predominated on all types of biotops under consideration. Perennials predominated in flora of boundary strips and bush communities. Mainly hemicryptophytes and therophytes compose flora of fallows. Great number of plant taxons which are important as food for bee were originated to meadows, segetal or ruderal plants. Most flow plants compose loose patches but its successive blooming ensure source of food for Apoidea, and other pollinators i.e. Diptera, Syrphidae, Lepidoptera, Vespidae, Heteroptera and Coleoptera from early spring till the end of summer. The flora of boundary strips create the biodiversity in studied agricultural landscape. The treatments including sowing, mainly on fallows with nectariferous and polleniferous species would enrich generally weak flows in highly agricultural landscape. Key words: agricultural landscape, refuge areas, pollenferous and nectariferous taxons, insect visitors Department of Botany, University of Life Sciences in Lublin 15 Akademicka str., 20-950 Lublin, Poland; bozena.denisow@up.lublin.pl 2 Department of Geobotany, Institute of Biology and Biochemistry, Maria Curie-Skłodowska University, 19 Akademicka str., 20‑033 Lublin, Poland; mseptember@tlen.pl 1

Introduction The awareness and interest in the demise of the world’s wild bees is growing (Williams 1982; Williams et al. 1991; Van Opstal 2000). The decrease of their species diversity and population size may impact negatively on biocenoses structure and the ecosystems, including agroecosystems. The lack of pollinators may limit the pollen transfer and in consequence affect the world’s economy (Torchio 1994). Apoidea bees are also economically important pollinators of crop plants (Dostatny 2006; Jabłoński & Kołtowski 1995). The value and management of alternative pollinators is attracting growing interest across the world becouse the agricultural productivity is directly dependant on pollinators’ activity. Over 80% of angiosperms crops require insect pollination to produce seeds or fruits. The year service of pollinators for crop production is quantifiable in some millions dollars. Bees as pollinators of flowering plants play a key role in numerous

terrestrial ecosystems ensuring the continued reproduction and survival of the plants and other organisms that live on these primary producers (Corbet et al. 1992). Service made by pollinators for spontaneous species, many of which are very important as e.g. medicinal herbs, protected species also depend on foraging insects. This service is not quantifiable but has essential value to preserve environment and plants diversity. In Europe declining of different Apoidea are documented in many countries (e.g Williams 1982; Banaszak 1992). Main reasons of pollinators’ destruction are the habitat devastation and fragmentation. The environmental perturbations i.e. spread of large monocultures in agriculture impact on loss of many blooming plants in natural ecosystems. One of often used argument for the conservation of pollinators is the restitution or maintance of bee flora (Corbet et al. 1991; Denisow 2009a; Denisow & Wrzesień 2007). The aim of the study was to identify the nectariferous and polleniferous taxa present

Modern Phytomorphology 3 (2013)

54°

50° 16°

24°

Fig. 1. Mosaic structure of Jastków landscape, SE Poland.

on the field margins, fallows and in bush communities in the vicinity of on Lublin Upland, Poland. Material and methods Observations of the entire flora were made up on fallows, bush communities and fields’ margins, every two-three weeks during growing season to take seasonal blooming aspects and to assign the time and length of blooming. The list of nectariferous and polleniferous taxons was established on the basis of data from literature (Warakomska 1995, 1997; Wróblewska 2002; Denisow & Wrzesień 2007) and according to own observations. The record provides taxonomic nomenclature by Mirek et al. (2002) and the description of each taxon including its life span, geographic-historical status (Zając 1979; Tokarska-Guzik 2005), sinecological group

(Matuszkiewicz 2008), the average time of blooming was assessed according to Denisow (2009b). The spectrum of nectariferous and polleniferous plants was established on the bases on the intensity of insect visitors present on flowers. The intensity of insect visitors foraging were estimated as averages on the basis of 30 min observations during transect walks and during sunny weather in most intensely forage hours (10.00-14.00 GMT+2h). The following range for bees’ visits was applied: weak – 0-1 ∙ m-2; medium – 2-4 ∙ m-2; good – ≥5 ∙ m-2. The alphabetical list of nectariferous and polleniferous species consists only most intensly foraged taxa (see Appendix). The study area The investigated region is a part of Nałęczów Pletau and the Bełżyce Plain located on a highly undulated area at 180-252 m a.s.l. Most of soils are

Denisow B., Wrzesień M. The selected taxa valuable as food for insect visitors

Fig.2. The total number of species noted and the number of nectariferous and polleniferous species observed in different biotops of agricultural landscape in Jastków, SE Poland: F – fallows; BS – bondary strips; BC – bush communities.

clay-dusty and sandy-dusty or loess-originated brown and grey-brown (Turski et at. 1993). The natural vegetation of the area is composed of the associations from the Phragmitetea class distributed along the Ciemięga valley stream. The wet, rarely mown meadows characteristic for the Molinion and Caltion alliances are widespread. The higher located meadows from Arrhenatherion elatioris class are subjected to standard mowing management. The most valuable as a source of bee flora is Cirsietum rivularis with predominance of Cirsium rivulare ( Jacq.) All. and Polygonum bistorta L. The phytocenoses from Scheuchzerio-Caricetea fuscae and fragments of Ribo nigri-Alnetum are present. Forests are fragmented and most of them are from Querco-Fagetea class. The cultivated area includes 3500 ha, the farming and gardening build up the mosaic structure of landscape characteristic for eastern part of Poland with small fields (ca. 5-10 ha) and maintained field margins among fields (Fig. 1). The fallows represent up to 15% of arable lands. Most of the cultivated area is under cereals (50%) and about 12-18% is occupied by root crops (potato fields and sugar beet). The abundant nectar and

pollen flow from crop plants was observed only in May, during both orchards and meadows blooming. The entomophilous crops such as rape plantations and perennial papilionaceous were very rare. Results The data concerning the diversity and distribution of bee flora in different agricultural biotops are given in Appendix and on Fig. 2. Presently the flora of the anthropogenic refuge areas consists of 214 species belonging to 39 families of which the most abundant are Asteraceae, Fabaceae, Rosaceae, Caryophyllaceae, Brassicaceae and Lamiaceae. The great majority of taxons occurred on fallows – 153 species, among them 73% were identified as good bee plants. Then 124 different vascular plants were present on boundary strips, including 103 nectariferous and polleniferous. In the flora of margins a high participation of grass taxa (2%) was observed which is probably connected with high level of fertilisation on close fields. Least abundant were bush communities with only 34 species recorded and recognised as flow species.

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Fig. 3. Spectrum of life forms among species observed in different biotops of agricultural landscape in Jastków, SE Poland: F – fallows; BS – bondary strips; BC – bush communities; H – hemicryptophytes; T – therophytes; C – chamaephytes; G – geophytes; M – megaphanerophytes; N – nanophanerophytes.

Apophytes (162 species – 78%) predominated on all types of biotops under consideration. The alien species occurred less frequently and were represented by archeophytes (36 species – 17%), epecophytes (7 species – 3.3%), and of short duration agriophytes (only 4 species – 2%). Complete lack of efemerophytes indicates very low coefficient of synanthropization in analyzed biotops. Interesting that dynamic residential development during last 15 years and transformation of arable lands into fallows did not cause the inflow of alien species. Hemicryptophytes predominated among species recorded on different refuge areas in studied agricultural landscape (Fig. 3). Therophytes were most frequently recorded among species registered on fallows (approx. 30%) and mega-, nanophanerophytes composed 50% of bush communities flora. The spontaneously growing bushes most frequently develop on the edges of arable fields, the sunny slopes of loess ravines and were frequently covered by patches, different

in size, predominated by Prunus spinosa L. which is very important during early spring. The other shrubs often present and intensely foraged were Crataegus monogyna Jacq., Rosa canina L., R. dumalis Bechst. Next species were mainly heliophytes of the edge communities and meadow taxons: Clinopodium vulgare L., Prunella vulgaris L., Heracleum sphondylium L., Knautia arvensis (L.) Coult. or Agrimonia eupatoria L. The two last mentioned are particularly attractive for bees. The most frequently found on fields margins were Berteroa incana (L.) DC., Cichorium intybus L., Centaurea scabiosa L., Euphorbia cyparissias L., Hypericum perforatum L., Lamium album L., Lotus corniculatus L., Medicago falcata L., Potentilla anserina L., Sedum maximum (L.) Suter, Trifolium medium L., Verbascum densiflorum Bertol., Vicia cracca L. The above species form dens patches or are characterised by long period of blooming. Taking under consideration sinecological group the considerable participation of species

Denisow B., Wrzesień M. The selected taxa valuable as food for insect visitors

Fig. 4. The percentage participation of species in socio-ecological group among the flora observed in different biotops of agricultural landscape in Jastków, SE Poland: F – fallows; BS – bondary strips; BC – bush communities; AR – Artemisietea vulgaris; F-B – Festuco-Brometea; M-A – Molinio-Arrhenatheretea; RP – Rhamno-Prunetea; SM – Stelarietea mediae; TG – Trifolio-Geranietea sanguinei.

from Artemisietea vulgaris, Stelarietea-medie and Molinio-Arrhenatheretea classes on fallows was proved (Fig. 4). On boundary strips the segetal species from Stelarietea-medie were less abundant. The participation of meadows and ruderal taxons on both fallows and boundary strips was comparable. Ruderal species (Artemisietea vulgaris class) and thermophilous species (Rhamno-Prunetea class) predominated in the flora of bushes. Season-long succession of bloom was observed on boundary strips and fallows. The species in bush communities bloom mainly on early spring and ensures first during the growing season nectar and pollen flow. As early spring taxons bloom very abundantly the expected food resources are rather abundant. Our observations have shown that the plants blooming on boundary strips and fallows create favourable conditions for feeding different Apoidea. Apart from Apis mellifera, bumblebees and solitary bees were present. Generally, the density of Apoidea changed during vegetation season and correlated with blooming spectrum

on observed biotops. The largest density in bush communities occurred in April while on field margins and fallows in summer. In summary, successive blooming of the nectariferous and polleniferous species in field associations ensures unbroken food flow from the early spring until the late summer and early autumn. Field margins make a valuable food potential to be important for the Apoidea before and after blooming of the main forage cultivated crops. Conclusions 1. The flora of studied landscape comprises 214 species of which 80% were classified as nectariferous or polleniferous. The majority of taxa are apophytes which predominate over antropophytes. With connection of the area character was complete absence of efemerophytes. 2. The great majority of taxons that create food base for visiting insects are meadows, segetal or ruderal plants. Most nectariferous

Modern Phytomorphology 3 (2013)

or polleniferous taxons form loose patches, small number form dens surfaces but the time and period of its blooming ensure continuous, unbroken feeding band for Apoidea from early spring till late summer. 3. To enrich generally weak flows in highly agricultural landscape the sowing of nectariferous and polleniferous species seems to be necessary. Acknowledgements The authors would like to thank Department of Geomorphology, Institute of Earth Science, Maria Curie-Skłodowska University in Lublin for render the air photo accessible. References Banaszak J. 1992. Strategy for conservation of wild bees in an agricultural landscape. Agric. Ecosyst. Envir. 40: 179–192. Corbet S.A., Williams I.H., Osborne J.L. 1991. Bees and the pollination of crop and wild flowers in the European Communities. Bee World 72 (2): 47–59. Denisow B. 2009a. Pollen production, flowering and insects visits on Euphorbia cyparissias L. and Euphorbia virgultosa Klok. J. Apicult. Res. 48 (1): 50–59. Denisow B. 2009b. Factors determining diurnal dynamics of blooming of chosen plants species. Acta Agrobotanica 62(1): 83–89. Denisow B., Wrzesień M. 2007. The anthropogenic refuge areas for bee flora in agricultural landscape. Acta Agrobotanica 60 (1): 147–157. Dostatny D. 2006. Traditional farming as a tool for weed conservation. 1st European Congress of Conservation Biology (22-26 August 2006, Eger-Hungary): 23–24. Jabłoński B., Kołtowski Z. 1995. An attempt to outline the changes in the forage base of bees in Poland. In: Banaszak J. (ed.), Changes in fauna of wild bees in Europe. Pedagogical Univ., Bydgoszcz.

Matuszkiewicz W. 2008. Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roślinnych Polski. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa. Mirek Z., Piekoś-Mirkowa H., Zając A., Zając M. 2002. Flowering plants and pteridophytes of Poland. A checlist. Biodiversity of Poland 1: 1–442. Szafer Institute of Botany, Polish Academy of Sciences, Kraków. Tokarska-Guzik B. 2005. The establishment and spread of alien plant species (kenophytes) in the flora of Poland: 191 + Appendixes A & B. Wyd. Uniw. Śląskiego, Katowice. Torchio P.F. 1994. The present status and future prospects of non-social bees as crop pollinators. Bee World 75 (2): 49–53. Turski R., Uziak S., Zawadzki S. 1993. Gleby. Środowisko przyrodnicze Lubelszczyzny. Lub. Tow. Naukowe, Lublin. Van Opstal A.J. 2000. The architecture of the Pan European Ecological Network. National Reference Centre for Nature Management, Ministry of Agriculture, Wageningen. Warakomska Z. 1995. The composition of polleniferous plants of the Kraków region in the microscopic ananysis of pollen loads of the honeybee. In: Banaszak J. (ed.), Changes in fauna of wild bees in Europe. Pedagogical Univ., Bydgoszcz. Warakomska Z. 1997. Pollen spectrum of multifloral honeys of Lublin region. Biology of flowering, nectar secretion and plant polination (Proc. of 1st National Sci. Conf., 13-14 November 1997, Lublin, Poland): 170–177. Williams P.H. 1982. The distribution and decline of British bumble bees (Bombus Latr.). J. Apicult. Res. 21 (4): 236–245. Williams I.H., Corbet S.A., Osborne J.L. 1991. Beekeeping, wild bees and pollination in the European Community. Bee World 72 (4): 170–180. Wróblewska A. 2002. Flow flora of Podlasie in the light of pollen analysis of honeybee products. Rozprawy naukowe. Wyd. AR, Lublin. (in Polish). Zając A. 1979. Pochodzenie archeofitów występujących w Polsce. Rozp. Hab. Univ. Jagiel. 29: 1–213.

Anchusa officinalis L.

Ballota nigra L.

Berteroa incana (L.) DC.

Bunias orientalis L.

Campanula patula L.

Campanula rapunculoides L.

Campanula rotundifolia L.

Capsella bursa-pastoris (L.) Med.

Centaurea cyanus L. Arch

Arch

Historical and Life geographical form groups

Species

M-A

Phytosociological unit

Basic flower colour

Type of reproduction

Fallows

Boundary Bush strips communities

K N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P

13.05 – 30.09 01.07 – 05.09 05.05 – 30.09 10.05 – 10.06 20.05 – 10.07 10.06 – 01.09 10.06 – 01.09 25.04 – 10.10 10.06 – 01.08

Flower reward J

Average time of blooming

Explanations: Species (A); Life form (B): C – chamaephyte, G – geophyte, H – hemicryptophyte, M – macrophanerophyte, N – nanophanerophyte, T – therophyte; Historical and geographical groups (C): Ap – apophytes, Arch – archaeophytes, Ep – epecophytes, Ag – agriophytes; Phytosociological units (D): AR – Artemisietea vulgaris, AIR – Agropyretea intermedio repentis, EP – Epilobietea angustifolii, F-B – Festuco-Brometea, IN – Isoeto-Nanojuncetea, KG – Koelerio glaucae-Corynephoretea canescentis, M-A – MolinioArrhenatheretea, NC – Nardo-Callunetea, Q-F – Querco-Fagetae, RP – Rhamno-Prunetea, SM – Stellarietea mediae, TG – Trifolio-Geranietea sanguinei; Basic flower colour (E): b – blue, p – pink, v – violet, w – white, y – yellow; Type of reproduction (F): s – by seed, sv – by seed and vegetatively, ssv – mostly by seed, rarely vegetatively; Fallows (G), Boundary strips (H) and Bush communities (I), degree of density: 1 – single, 2 – loose patches, 3 – dense patches; Average time of blooming (J); Flower reward (K): N – nectar, P – pollen.

Appendix. The characterization of nectariferous and polleniferous species observed on different biotops of agricultural landscape in Jastków, SE Poland (averages from 2011-2012). The taxa were selected according to the highest insect visitors’ activity.

Denisow B., Wrzesień M. The selected taxa valuable as food for insect visitors 93

Centaurea jacea L.

Centaurea pannonica (Heuff.) Hayek

Centaurea scabiosa L.

Centaurea stoebe L.

Centaurium erythraea Rafn

Chamaenerion angustifolium (L.) Scop.

Chamomilla suaveolens (Pursh) Rydb.

Cichorium intybus L.

Cirsium arvense (L.) Scop.

Crataegus monogyna Jacq.

Echium vulgare L.

Epilobium montanum L.

Filipendula vulgaris Moench

Galeopsis pubescens Besser

Hypericum perforatum L.

Appendix. Continued.

Arch

F-B

M-A

F-B

M-A

ssv

K N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P P N+P P

J 15.06 – 20.08 18.06 – 20.08 20.06 – 10.09 25.06 – 20.08 25.06 – 30.08 20.06 –20.07 10.06 – 20.07 10.06 – 01.09 30.06 – 20.08 15.05 – 30.05 10.06 – 10.09 15.06 – 30.08 20.06 – 05.08 15.06 – 01.09 05.06 – 30.07

94 Modern Phytomorphology 3 (2013)

Knautia arvensis (L.) J.M. Coult.

Lamium album L.

Lamium purpureum L.

Leontodon autumnalis L.

Linaria vulgaris Mill.

Lotus corniculatus L.

Lychnis flos-cuculi L.

Medicago falcata L.

Medicago sativa L.

Melilotus alba Medik.

Melilotus officinalis (L.) Pall.

Oenothera biennis L. s.s.

Origanum vulgare L.

Padus avium Mill.

Papaver rhoeas L.

Pastinaca sativa L. Ap

Arch

M-A

Q-F

M-A

ssv

N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P P N+P

10.06 – 30.07 20.04 – 30.09 15.04 – 01.09 20.06 – 30.09 15.06 – 20.09 10.05 – 15.09 10.05 – 25.06 10.06 – 15.09 10.06 – 15.08 10.06 – 20.08 01.06 – 20.07 15.06 – 15.08 01.07 – 15.08 20.04 – 20.05 20.05 – 10.07 01.07 – 15.08

Denisow B., Wrzesień M. The selected taxa valuable as food for insect visitors 95

Potentilla anserina L.

Potentilla reptans L.

Prunus spinosa L.

Raphanus raphanistrum L.

Rosa canina L.

Rubus caesius L.

Rubus idaeus L.

Sarothamnus scoparius L.

Scabiosa ochroleuca L.

Scrophularia nodosa L.

Sedum acre L.

Sedum maximum (L.) Hoffm.

Sinapis arvensis L.

Sisymbrium loeselii L.

Sisymbrium officinale (L.) Scop.

Appendix. Continued.

Arch

Q-F

F-B

M-A

K P P N+P N+P P P P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P

J 10.05 – 20.07 05.05 – 10.09 20.04 – 05.05 10.06 – 10.10 15.05 – 15.06 25.05 – 10.07 20.05 – 10.07 15.05 – 15.06 01.06 – 17.07 20.06 – 20.08 15.05 – 20.07 10.07 – 20.09 15.05 – 15.10 01.06 – 20.07 20.05 – 30.09

96 Modern Phytomorphology 3 (2013)

Solidago gigantea Aiton

Symphytum officinale L.

Taraxacum officinale F.H. Wigg.

Thymus pulegioides L.

Thymus serpyllum L.

Tilia cordata L.

Trifolium arvense L.

Trifolium dubium Sibth.

Trifolium hybridum L.

Trifolium medium L.

Trifolium pratense L.

Trifolium repens L.

Tussilago farfara L.

Verbascum nigrum L.

Verbascum phlomoides L.

Viburnum opulus L. Ap

AIR

M-A

Q-F

M-A

ssv

N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P

20.07 – 15.10 20.05 – 15.08 05.05 – 25.05 10.06 – 10.07 10.06 – 10.07 30.06 – 20.07 01.06 – 05.08 01.06 – 30.07 01.06 – 30.07 01.06 – 30.07 01.06 – 30.07 20.05 – 30.08 01.04 – 25.04 05.07 – 10.08 10.06 – 05.09 10.05 – 10.06

Denisow B., Wrzesień M. The selected taxa valuable as food for insect visitors 97

Vicia cracca L.

Vicia hirsuta (L.) S.F. Gray

Vicia sepium L.

Vicia tetrasperma (L.) Schreb.

Vicia villosa Roth.

Appendix. Continued.

Arch

M-A

ssv

10.06 20.07

15.05 15.08

10.05 30.07

10.05 20.07

10.06 20.08

– N+P

98 Modern Phytomorphology 3 (2013)

Modern Phytomorphology 3: 99–103, 2013

MORPHOLOGICAL AND CHEMICAL CHARACTERISTICS OF FRUITS OF SELECTED ROSA SP. Agnieszka Najda * & Halina Buczkowska Abstract. The aim of this study was to evaluate the morphological and chemical parameters, antioxidant activity (DPPH) of five rose species (Rosa rugosa, R. villosa, R. californica, R. spinosissima, and R. × damascene) and grouping them according to the harvest date. On the basis of the study, rose species grown in eastern Poland were grouped according to their harvest time, and three dates of cumulative ripeness of pseudofruits were distinguished. Rosehips of studied species varied referring to their harvest date and morphological properties and were characterized by diverse contents of primary metabolites analyzed. In addition, obtained extracts showed high antioxidant activity, which has a significant impact on their value for processing. Key words: Rosaceae, Rosa, morphology, antioxidant activity, chemical parameters Department of Vegetable Crops and Medicinal Plants, University of Life Sciences in Lublin, 58 Leszczyńskiego, 20-068 Lublin, Poland; * agnieszka.najda@up.lublin.pl

Introduction In recent years, there has been a general increase in the interest in using plants as an alternative source of raw materials for pharmaceutical, food, and cosmetic industries. Numerous studies confirm that many plant components are – in addition to be nutritionally valuable – also important in the prevention from civilization diseases (Youdim et al. 2000; Hasik 2001; Daels-Rakotoarison et al. 2002; Wolski & Karwat 2004; BułhakJachymczyk et al. 2001; Nowak & GawlikDziki 2007; Zafra-Stone et al. 2007). Applying analytical and pharmacodynamic methods for the assessment of medicinal substances properties, more and more data on the therapeutic performance and effectiveness of medicinal preparations of natural origin, is achieved (Gardner et al. 2000; Bazzano et al. 2002; Böhm et al. 2003). The increase in consumer’s nutritional consciousness, as an alternative treatment, and most of all supporting the pharmacological therapy, stimulates the search for new natural plant compounds having some favorable effects on a human’s organism. The rose pseudofruits, in addition to vitamin C, which are the richest natural source, © The Author(s), 2013

also contain carotenoids, including lycopene, and pectins. Phenolic compounds are important group of biologically active substances present in rosehips; these include tannins, flavonoids, phenolic acids, and anthocyanins (Razungles et al. 1989; Oszmiański & Chomin 1993; Demir & Özcan 2001; Hvattum 2002; Kumarasamy et al. 2003; Ercisli 2007; Chrubasik et al. 2008). So far, Rosa rugosa Thunb. and R. canina L. are the most important in the food industry in Europe (Popek 1996; Henker 2000). There are various rose species that differ in their appearance and chemical composition, and they may be a potential raw material for manufacturers interested in new and attractive materials, to convince consumers to their products. The present study aimed at comparing and evaluating the physicochemical parameters, chemical composition, and antioxidant properties of ripe fruits of selected rose species. Material and methods Material for study consisted of pseudofruits of some rose species: Rosa rugosa, R. villosa L., R. californica Cham. & Schltdl., R. spinosissima L. (= R. pimpinellifolia L.), and R. ×damascena Mill.

100

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Table 1. Harvest time, length/width ratio for pseudofruits of selected rose species. Harvest time period

Species

Fruit length/ width ratio, %

Rosa californica

17.09 – 15.10

1.57 ± 0.31

Rosa villosa

27.08 – 24.09

1.10 ± 0.15

Rosa rugosa

12.09 – 10.10

1.66 ± 0.11

Rosa spinosissima

1.09 – 22.09

1.97 ± 0.23

Rosa × damascena

9.09 – 10.10

1.31 ± 0.34

Rosehips were harvested in 2011 from shrubs growing in the collection of the Botanical Garden, University of Maria Curie-Skłodowska in Lublin. Only ripe, healthy and undamaged fruits were subject to determinations; quantities of 0.5 kg were collected, and depending on the species, two or three harvests were performed. Rosehip morphological parameters such as length and width were measured using digital slide caliper. Based on these measurements, the length to width ratio was assessed for rosehips. The weight of a single pseudofruit and nut was determined, and the proportion of nuts in the pseudofruit was calculated, as well. Following parameters of pseudofruits were determined: acidity in accordance with the Polish Norm (PN-90/A-75101/04), content of extract (PN-90/A-75101/02), total sugars by means of Schorl-Luff method (Charłampowicz 1966), as well as vitamin C applying Roe method modified by Ewelin (Korenman 1973); total polyphenol content was determined applying Folin-Ciocalteu procedure (results expressed in terms of gallic acid GAE) (Singleton & Rossi 1965; Slinkard & Singleton 1977). The ethanol extracts of the fruits were subject to determination of the binding strength of 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radicals (DPPH) (Chen & Ho 1997). Achieved results from laboratory experiments were statistically processed by means of variance analysis method and Tukey’s confidence intervals at 5% confidence level. Results and discussion Ripening period of rose pseudofruits

depends on many factors: species, variety, and weather course (temperature and precipitation) (Buchwald et al. 2007). Based on the study, three periods of cumulative rosehips ripeness were distinguished (Tab. 1). Considering studied rose species, the fruits were harvested as early as the third decade of August (R. villosa), in September (R. spinosissima), and at the end of September and beginning of October (R. × damascena, R. rugosa and R. californica). Most of fruits of tested species was ripened and harvested in late September and beginning of October, therefore, that term may be regarded as typical for species grown under conditions of eastern Poland. The rosehips may be more or less elongated, as indicated by their length-to-width ratio. The larger the parameter, the fruit is more elongated. The ratio for tested pseudofruits ranged from 1.10 to 1.97%. In available literature, there are no data upon this parameter in relation to the rosehips. According to Pirlak et al. (2003) and Demir & Kalioncu (2003), the dogwood fruits are characterized by spherical and elongated-oval shape, the shape factor of which, depending on the variety, ranges from 1.20 to 1.84%. Physicochemical parameters of selected rose pseudofruits are presented in Tab. 2. R. californica, R. × damascena and R. spinosissima were characterized by the heaviest fruits; their average weight ranged from 2.20 g to 2.08 g and no significant differences were reported between them. The lightest rosehips were produced by R. villosa plants and their average weight amounted to 1.03 g. According to various authors (Kazaz et al. 2009; Mabellini et al. 2011) the weight of a single fruit can vary within quite wide range from 0.95 to 3.27 g and is influenced by many factors such as: species, variety, growing conditions, and location (Popek 1996; Buchwald et al. 2007). Species grown in Bulgaria, Romania, Turkey, Portugal, and India form slightly larger fruits (Ercisli & Esitken 2004; Ercisli & Guleryuz 2006; Mabellini et al. 2011). Rosehips, that are potential raw material for the industry, should be characterized by the greatest share of possibly the lowest weight

Najda A., Buczkowska H. Morphological and chemical characteristics of Rosa fruits

101

Table 2. Physical parameters of roses’ pseudofruits. Species

Fruit weight, g

Seeds weight, g

Share of seed in the fruit, %

Rosa californica

2.20 ± 0.14 a

0.27 ± 0.08 a

12.27

Rosa villosa

1.03 ± 0.23 c

0.19 ± 0.04 b

18.44

Rosa rugosa

1.58 ± 0.16 b

0.19 ± 0.01 b

12.03

Rosa spinosissima

2.15 ± 0.17 a

0.26 ± 0.03 a

12.09

Rosa × damascena

2.08 ± 0.12 a

0.27 ± 0.02 a

12.98

Explanatory notes: ± – standard deviation; different letters a, b, c… in the same column indicate statistically significant differences (p < 0.05). Table 3. Total acidity, contents of extract and total sugars in pseudofruits of selected rose species. Species

Total acidity, %

Extract, %

Total sugars, %

Rosa californica

2.07 ± 0.13 a

18.2 ± 0.01 b

20.3 ± 0.06 b

Rosa villosa

0.89 ± 0.02 c

17.0 ± 0.03 b

17.1 ± 0.03 b

Rosa rugosa

1.18 ± 0.07 c

20.1 ± 0.01 a

32.6 ± 0.02 a

Rosa spinosissima.

1.29 ± 0.09 b

19.7 ± 0.04 a

27.5 ± 0.05 a

Rosa × damascena

1.21 ± 0.18 b

18.6 ± 0.07 b

21.9 ± 0.01 b

Explanatory notes: see Tab. 2.

of wastes during production. Therefore, the nut proportion in fruit weight is an important parameter of the physical assessment. According to data contained in Tab. 2, the share of nuts in fruits of different rose species was at similar level of about 13%. Among tested species, the R. villosa rosehips were less valuable raw material in terms of this parameter. Diverse percentage of nuts in the fruit weight can be a factor determining the purpose of individual rose species. Like other raw materials, nuts (seeds) contain fatty oil rich in essential fatty acids (Ercisli 2007; Yoruk et al. 2008; Kazaz et al. 2009). Morphological and genetic diversity of particular rose species suggests that there is similarly great variability of chemical composition of raw material (pseudofruit) within each of them. Therefore, it would be useful to allocate the form with defined chemical composition to a given genotype group. The usefulness of raw materials for processing is determined by fundamental chemical parameters such as contents of extract, total sugars, and total acidity (Tab. 3). The total acidity of studied raw materials varied in a wide range from 0.89% in R. villosa

to 2.07% in R. californica. Similar results were obtained by Demir & Özcan (2001) and Mabellini et al. (2011), while Dogan & Kazankaya (2006) reported slightly lower values. Studied fruits were characterized by a high content of extract, which was directly proportional to the total sugar content, and the results were comparable with those quoted in the literature (Dogan & Kazankaya 2006; Rous et al. 2011). The rosehips contain a lot of different polyphenols and ascorbic acid, which is confirmed by the results from studies conducted around the world (Razugles et al. 1989; Hvattum 2002; Gao et al. 2005; Saeidi & Beygi 2009; Rous et al. 2011). The content of polyphenols in the studied raw materials was greatly diversed (Tab. 4). The highest polyphenol content characterized rosehips of R. rugosa (215.14 mg ∙ 100 g-1 FM) and R. villosa (192.56 mg ∙ 100 g-1 FM), and the lowest – pseudofruits of R. × damascena (109.67 mg ∙ 100 g-1 FM). The rosehips are a rich source of ascorbic acid, the content of which ranges from 200 to 2800 mg ∙ 100 g-1 FM (Oszmiański & Chomin 1993; Uggla

102

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Table 4. Contents of total polyphenols, vitamin C, and antioxidant activity in pseudofruits of selected rose species. Species

Total phenols, mg ∙ 100 g‑1 FM

Vitamin C, mg ∙ 100 g‑1 FM

DPPH, μM TE ∙ g-1 FM

Rosa californica

161.03 ± 0.14 b

863 ± 0.1 b

59.7 ± 0.01 b

Rosa villosa

192.56 ± 0.25 a

706 ± 0.4 c

51.3 ± 0.07 c

Rosa rugosa

215.14 ± 0.18 a

974 ± 0.1 a

74.5 ± 0.05 a

Rosa spinosissima

121.38 ± 0.05 c

845 ± 0.2 b

61.2 ± 0.08 b

Rosa × damascena

109.67 ± 0.15 c

932 ± 0.3 a

70.4 ± 0.11 a

Explanatory notes: see Tab. 2.

et al. 2003). The fresh fruits of studied rose species contained ascorbic acid at the levels from 706 mg ∙ 100 g-1 FM to 974 mg 100 g-1 FM, which was consistent to literature data (Ercisli 2007; Kazaz et al. 2009). The maximum capacity of neutralizing free DPPH radicals was shown by extracts obtained from R. rugosa and R. × damascena rosehips, whereas the minimum by R. villosa pseudofruits. Conclusions 1. The rosehips of studied rose species are a valuable raw material characterized by a high extract and large content of total sugars. 2. Diverse contents of secondary metabolites among studied rose species were reported. 3. Antioxidant activity of rosehips of studied species is shaped by the presence of polyphenols and ascorbic acid. 4. Very good physicochemical and antioxidant properties indicate that the rosehips of studied species can be a valuable raw material for the processing industry. References Bazzano L.A., He J., Ogden L.G., Loria C.M., Vupputuri S., Myers L., Whelton P.K. 2002. Fruit and vegetable intake and risk of cardiovascular disease in US adults: the first national health and nutrition examination survey epidemological followup study. Am. J. Clin. Nutr. 76: 93–99. Böhm V. Frölish K., Bitsch R. 2003. Rosehip – a „new“ source of lycopene? Mol. Aspects Med. 24: 385–389. Buchwald W., Zieliński J., Mścisz A., Adamczak A., Mrozikiewicz P.M. 2007. Aktualny stan i perspektywy badań róż owocowych. Herba Pol. 53 (1): 85–92.

Bułhak-Jachymczyk B., Niedźwiecka-Kącik D., Panczenko-Kresowska B. et al. 2001. Normy żywieniowe człowieka – fizjologiczne podstawy: 35– 139. Wyd. PZWL, Warszawa. Charłampowicz Z. 1966. Analizy przetworów z owoców, warzyw i grzybów: 115–120. WPLS, Warszawa. Chen J.H., Ho C.T., 1997. Antioxidant activities of caffeic acid and its related hydroxycinnaminic acid compounds. J. Agric. Food Chem. 45: 2374–2378. Chrubasik C., Wiesner L., Black A., MüllerLadner U., Chrubasik S. 2008. A oneyear survey on the use of a powder from Rosa canina lito in acute exacerbations of chronic pain. Phytother. Res. 22: 1141–1148. Daels-Rakotoarison D.A., Gressier B., Trotin F., Brunet C., Luyckx M., Dine T., Bailleul F., Cazin M., Cazin J.C. 2002. Effects of Rosa canina fruit extract on neutrophil respiratory burst. Phytother. Res. 16: 157–161. Demir F., Kalyoncu I.H. 2003. Some nutritional, pomological and physical properties of Cornelian Cherry (Cornus mas L.). J. Food Eng. 60: 335–341. Demir F., Özcan M. 2001. Chemical and technological properties of rose (Rosa canina L.) fruits grown wild in Turkey. J. Food Eng. 47: 333–336. Dogan A., Kazankaya A. 2006. Fruit properties of rose hip species grown in Lake Van basin (Eastern Anatolia region). Asian J. Plant Sci. 5 (1): 120–122. Ercisli S. 2007. Chemical composition of fruits in some rose (Rosa spp.) species. Food Chem. 104: 1379–1384. Ercisli S., Esitken A. 2004. Fruit characteristics of native rose hip (Rosa spp.) selections from the Erzurum province of Turkey. New Zeal. J. Crop. Hort. 32: 51–53. Ercisli S., Guleryuz M. 2006. Fruit properties of promising rose hips (Rosa spp.) from the northeastern Anatolia Region of Turkey. Asian J. Chem. 18: 239– 242. Gao X., Uggla M., Rumpunen K. 2005. Antioxidant activity of dried and boiled rose hips. Acta Hortic. 690: 239–243.

Najda A., Buczkowska H. Morphological and chemical characteristics of Rosa fruits Gardner P.T., White T.A.C., McPhail DB., Duthie G.G. 2000. The relative contributions of vitamin C, carotenoids and phenolics to the antioxidant potential of fruit juices. Food Chem. 68: 471–474. Hasik J. 2001. Usprawnienia dietetyczne procesów metabolicznych. Co to są witaminy? Post. Fitoter. 6: 9–11. Henker H. 2000. Rosa L. In: Conert H.J., Jäger E.J., Kadereit J.W., Schultze-Motel W., Wagenitz G., Weber H.E. (eds), Hegi Illustrierte Flora von Mitteleuropa. Bd. 4/2 C: 1–108. Parey Buchverlag, Berlin. Hvattum E. 2002. Determination of phenolic compounds in rose hip (Rosa canina) using liquid chromatography coupled to electrospray ionisation tandem mass spectrometry and diode-array detection. Rapid Commun. Mass Spectrom. 16: 655–662. Kazaz S., Baydar H., Erbas S. 2009. Variations in chemical compositions of Rosa damascena Mill. and Rosa canina L. fruits. Czech J. Food Sci. 27: 178–184. Korenman I.M. 1973. Analiza fitochemiczna. Metody oznaczania związków organicznych: 280–281. WN–T, Warszawa. Kumarasamy Y., Cox P.J., Jasparas M., Rashid M.A., Sarker S.D. 2003. Flavonoid glycosides from the seed of Rosa canina. Pharm. Biol. 41 (4): 237–242. Mabellini A., Ohaco E., Ochao M.R., Kesseler A.G., Márqez C.A., De Michelis A. 2011. Chemical and physical characteristics of several wild Rose species used food or food ingredient. Int. J. Ind. Chem. 2 (3): 158–171. Nowak R., Gawlik-Dziki U. 2007. Polyphenols of Rosa L. leaves extracts and their radical scavenging activity. Zeitschrift für Naturforschung, A 62: 32–38. Oszmiański J., Chomin W. 1993. Próby otrzymywania w skali przemysłowej wysokowitaminowego soku mętnego z owoców Rosa rugosa. Przem. Ferm. Owoc. Warz. 1: 16–17. Pirlak L., Guleryuz M., Bolat I. 2003. Promising cornelian cherries (Cornus mas L.) from the Northeastern Anatolia region of Turkey. J. Am. Pom. Soc. 1: 14–18. PN-90/A-75101/02. Przetwory owocowe i warzywne. Przygotowanie próbek i metody badań fizykochemicznych. Oznaczanie kwasowości ogólnej.

103

PN-90/A-75101/04. Przetwory owocowe i warzywne. Przygotowanie próbek i metody badań fizykochemicznych. Oznaczanie ekstraktu ogólnego. Popek R. 1996. Biosystematyczne studia nad rodzajem Rosa L. w Polsce i krajach ościennych. Wydawnictwo Naukowe WSP, Kraków. Razungles A., Oszmianski J., Sapis J.P. 1989. Determination of carotenoids in fruits of Rosa sp. (Rosa canina and Rosa rugosa) and of chokeberry (Aronia melanocarpa). J. Food Sci. 54: 774–775. Rous C.M., Manzu C., Olteanu Z., Oprica L., Oprea A., Ciornea E., Zamfirache M.M. 2011. Several fruit characteristics of Rosa sp. genotypes from the northeastern region of Romania. Not. Bot. Horti. Agrobo. 39 (2): 203–208. Saeidi K.A., Beygi O.R. 2009. Determination of phenolics, soluble carbohydrates, carotenoid contents and minerals of dog rose (Rosa canina L.) fruits grown in south – west of Iran. Iranian J. Med. Aroma. Plants 25: 203–215. Singleton V.L., Rossi J.A. 1965. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybolic – phosphotungstic acid reagents. Am. J. Emol. Vitic. 16: 144–158. Slinkard K., Singleton V.L. 1977. Total phenol analysis: Automation and comparison with manual methods. Am. J. Enol. Vitic. 28: 49–55. Uggla M., Gao X., Werlemark G. 2003. Variation among and within dog rose taxa (Rosa sect. Caninae) in fruit weight, percentages of fruit flesh and dry matter, and vitamin C content. Acta Agricult. Scand. Sect. B, Soil and Plant Science 53: 147–155. Wolski T., Karwat I. D. 2004. Prophylaxis and therapy for the effect of incorrect nutrition. Post. Fitoter. 14: 4. Yoruk I.H., Turker M., Kazankaya A., Erez M.E., Battal P., Celik F. 2008. Fatty acid, sugar and vitamin contents in rose hip species. Asi. J. Chem. 20: 1357–1364. Youdim K.A., Martin A., Joseph J.A. 2000. Incorporation of the elderberry anthocyanins by endothelial cells increases protection against oxidative stress. Free Radic. Biol. Med. 29 (1): 51–60. Zafra-Stone S., Yasmin T., Bagchi M., Chatterjee A., Vinson J.A., Bagchi D. 2007. Berry anthocyanins as novel antioxidants in human health and disease prevention. Mol. Nutr. Food Res. 51: 675–683.

Modern Phytomorphology 3: 105–109, 2013

CONTENT OF PHENOLIC COMPOUNDS AND ANTIOXIDANT PROPERTIES OF FRUITS OF SELECTED ORCHARD SHRUB SPECIES Agnieszka Najda * & Helena Łabuda Abstract. The study involved fruits of eight common orchard shrub species: black currant (Ribes nigrum L.) cv. ‘Titania’, red currant (Ribes rubrum L.) cv. ‘Heros’, white currants (Ribes gracile Michx.) cv. ‘Blanca’, chokeberry (Aronia melanocarpa Michx. Elliott) cv. ‘Nero’, red chokeberry (Aronia arbutifolia L. Pers) cv. ‘Brilliant’, raspberry (Rubus idaeus L.) cv. ‘Polana’, blackberry (Rubus fruticosus L.) cv. ‘Polar’, and highbush blueberry (Vaccinium corymbosum L.) cv. ‘Bluecrop’. The fresh fruits were subject to determinations of total polyphenols content recalculated onto gallic acid, anthocyanins, and flavonoids. In addition, parameters of antioxidant activity in raw materials were determined using three methods: DPPH, ABTS, and FRAP. High concentrations of total polyphenols and anthocyanins, as well as antioxidant activity were recorded for extracts from chokeberry fruits (respectively 1540.01 mg ∙ 100 g-1 and 498.98 mg ∙ 100 g-1, 199.4 μM TE ∙ g-1 FM DPPH and 112.5 μM TE ∙ g-1 FM FRAP). Regardless of the species, analyzed fruits are an abundant source of antioxidant compounds. Key words: polyphenols, flavonoids, anthocyanins, fruits, DPPH, FRAP, ABTS Department of Vegetable Crops and Medicinal Plants, University of Life Sciences in Lublin, 58 K. Leszczyńskiego, 20-068 Lublin, Poland; * agnieszka.najda@up.lublin.pl

Introduction Effect of a diet on human health is so much greater than it is commonly assumed. Improper diet along with stress, lack of physical activity, and environmental pollution can cause a spectrum of so-called civilization diseases. Understanding the relationship between civilization diseases and food ingredients contributed to the rapid development of research upon vitamins, fats, macronutrients, and microelements, especially substances with antioxidant properties contained in the diet (Middleton et al. 2000; Borowska 2003a; Becker et al. 2007). The plant-origin food is an abundant source of biologically active substances, both nutritional and anti-nutritional ones related to as BANS. Numerous scientific reports indicate that a diet rich in natural antioxidants can substantially affect the increase in reactive antioxidant potential of an organism and thus reduce the risk of certain diseases of free-radical genesis (Sokół-Łętowska & Oszmiański 1998; Wolski & Dyduch 2000; Gibney et al. 2003; Cieślik et al. 2006). © The Author(s), 2013

Among substances with antioxidant activity in fresh fruits, phenolic compounds, including phenolic acids, flavonoids, anthocyanins, and carotenoids, are the most important (Wu et al. 2004; Borowska & Szajdek 2005; Borowska et al. 2005). They belong to the secondary plant metabolites, playing the role of a protection at plants, and providing with health benefits in the prevention of civilization diseases at people. It is therefore important to popularize the products that are naturally abundant in antioxidants, among others fruits as a usual part of our daily diet. The aim of present study was to determine the antioxidant activity and the contents of components forming the activity, i.e. total polyphenols, phenolic acids, flavonoids, and anthocyanins in the most often consumed fresh fruits of orchard shrub species. Material and methods Material for study included following fruits intended for direct consumption: black currant (Ribes nigrum L. cv. ‘Titania’), red currant

106

Modern Phytomorphology 3 (2013)

(R. rubrum L. cv. ‘Heros’), white currants (R. gracile Michx. cv. ‘Blanca’), chokeberry (Aronia melanocarpa Michx. Elliott cv. ‘Nero’), red chokeberry (A. arbutifolia L. Pers cv. ‘Brilliant’), raspberry (Rubus idaeus L. cv. ‘Polana’), blackberry (Rubus fruticosus L. cv. ‘Polar’), and highbush blueberry (Vaccinium corymbosum L. cv. ‘Bluecrop’). Raw materials for the study were obtained from the plantations located in Lublin province in 2011. Fresh, healthy, and intact fruits at consumption ripeness stage were subject to determinations. Analyses of active substances content and antioxidant activity were carried out in the Laboratory for Vegetable and Herbal Material Quality at The Department of Vegetable Crops and Medicinal Plants, University of Life Sciences in Lublin. Chemical characterization of fruits included determination of total polyphenols by means of Folin-Ciocalteu method (results was expressed as recalculated onto gallic acid GAE) (Singleton & Rossi 1965; Slinkard & Singleton 1977), flavonoids applying Christ and Müller procedure (with re-calculation onto quercetin QE) (Polish Pharmacopoeia 2006), as well as anthocyanins by means of spectrophotometric technique (Miłkowska & Strzelecka 1995). Ethanol extracts of fruits were subject to determinations of: 2,2-diphenyl1-pycrilohydrazyl free radicals (DPPH) binding strength (Chen & Ho 1997), antioxidant activity using ABTS according to Re et al. (1999), reducing strength of extracts (FRAP) according to Benzie & Strain (1996). Results achieved from laboratory experiments were statistically processed by means of variance analysis method and Tukey confidence intervals at 5% confidence level. Results and discussion Available literature contains little data on the antioxidant properties of orchard species fruits. Information on fruits obtained from the nature or fruit pomace used in the food industry is most common (Gómez-Plaza et al. 2006; SánchezAlonso et al. 2007). Fruits that were analyzed were characterized by varied total polyphenols

content (from 108.72 to 1540.01 mg ∙ 100 g-1). The content of anthocyanins was closely correlated with the polyphenols level (Tab. 1). Concentration of red dyes ranged from 10.3 mg ∙ 100 g-1 in white currant fruits to 498.98 mg ∙ 100 g-1 in the fruits of chokeberry. The ratio of anthocyanins in chokeberry and black currant fruits was comparable to that in the fruits of chokeberry and black currant examined by Sosnowska et al. (2004). The highest content of polyphenols and anthocyanins was reported in chokeberry fruits, while the least of these compounds was included in white currant fruits. The content of flavonoids, the largest quantities of which were determined in white currant fruits, appeared to undergo different pattern (43.12 mg ∙ 100 g-1, on average), whereas the chokeberry fruits contained the least amounts of these substances – around 18.31 mg ∙ 100 g-1 (Tab. 1). Achieved results indicate that fruits of orchard shrub species are a significant source of polyphenols, especially anthocyanins, which is consistent with findings of other authors for chokeberry, black currant, and blueberry (Moyer et al. 2002; Pellegrini et al. 2003; Łata et al. 2005; Budryn & Nebesny 2006; Peschal et al. 2006). However, there is a lack of data on other analyzed species and content of flavonoids in examined fruits. Diversity of fruits in terms of the content of compounds responsible for the antioxidant properties was confirmed by results from the antioxidant tests (Tab. 2). The content of polyphenols and anthocyanins is directly correlated with antioxidant properties. Thus, the highest activity among tested fruit extracts was shown by chokeberry, both in DPPH and FRAP tests. The ABTS assays revealed the highest results for extracts from black currant. It should be noted, however, that no statistically significant differences were recorded between the results obtained from the analysis of extracts made from chokeberry, black currant, and blackberry fruits. Other fruit extracts also formed a single homogeneous group. Extracts made from white currant fruits showed the lowest activity. Antioxidant activity, determined against the

Najda A., Łabuda H. Phenolic compounds and antioxidant properties of fruits

107

Table 1. Contents of antioxidant: total phenols (TPH), anthocyanins (ACY) and flavonoids (FL) in raw fruits. Raw fruits

Antioxidant (100 g-1 FM) TPH

ACY

Ribes nigrum

880,12 ± 11,73b

280,43 ± 1,71c

31,05 ± 2,14c

Ribes rubrum

237,32 ± 3,66de

84,97 ± 2,73d

37,78 ± 1,03b

Ribes gracile

108,72 ± 4,75e

10,31 ± 0,61e

43,12 ± 0,32a

Aronia melanocarpa

1540,01 ± 28,11a

498,98 ± 10,32a

18,31 ± 1,51e

Aronia arbutifolia

294,67 ± 12,32d

52,75 ± 3,17d

27,15 ± 4,14d

Rubus idaeus

574,32 ± 9,73c

50,03 ± 1,72d

37,08 ± 2,61b

Rubus fruticosus

1019,47 ± 21,10b

380,21 ± 13,24b

42,91 ± 3,01a

Vaccinium corymbosum

304,51 ± 15,37d

81,13 ± 1,58d

24,16 ± 1,14d

Explanatory notes: different letters (a, b, c) in the same column stand for statistically significant differences (p<0.05); results are presented as mean value ± standard deviation. Table 2. Antioxidant activity of fruit ethanol extracts as determinate by the DPPH, FRAP, and ABTS assays. Raw fruits

Antioxidant activity (μM TE ∙ g-1 FM) DPPH

FRAP

ABTS

Ribes nigrum

138,90 ± 6,8a

108,4 ± 1,9a

56,8 ± 4,6a

Ribes rubrum

48,3 ± 0,2b

31,7 ± 0,4b

22,1 ± 0,6b

Ribes gracile

19,4 ± 1,1c

12,3 ± 0,7c

7,4 ± 0,3c

Aronia melanocarpa

199,4 ± 4,7a

112,5 ± 1,1a

53,2 ± 4,2a

Aronia arbutifolia

63,2 ± 3,1b

34,1 ± 0,7b

23,8 ± 1,4b

Rubus idaeus

59,4 ± 1,8b

27,5 ± 1,4b

28,5 ± 1,4b

Rubus fruticosus

129,3 ± 7,3a

97,1 ± 2,5a

51,7 ± 0,7a

Vaccinium corymbosum

40,4 ± 1,5b

34,5 ± 0,5b

27,3 ± 2,4b

Explanatory notes: see Tab. 1.

ABTS radicals, in black currant extracts was more than 5-fold greater than the activity of white currant extracts. Greater difference was recorded by determination of free radicals DPPH binding strength. In this test, the best results were achieved when analyzing the chokeberry extracts, which were 10-fold higher than in the case of white currant fruit extracts. The plant-origin food is an important source of substances with antioxidant properties for people. Many studies have shown that food abundant in compounds with antioxidant properties, plays an important role in the prevention of diseases such as atherosclerosis, diabetes, Parkinson’s disease, or Alzheimer’s disease (Prior et al. 1998; Troszyńska et al. 2000; Borowska 2003b; Szajdek &

Borowska 2004). In broad terms, antioxidants include all types of substances that inhibit the reaction with oxygen or ozone, and acting indirectly by binding of certain prooxidants. These compounds are represented by phenolic acids, flavonoids, anthocyanins, tannins, vitamins – A, C, and tocopherols, carotenoids, organic acids, selenium, and other thiocyanates. Among the plant products, fruits rich in anthocyanins and flavonoids, and thus the products of their processing, such as juices, preserves, jams and wine, are distinguished by particularly high antioxidant activity. Therefore, it becomes important to popularize the products that are naturally abundant in antioxidants, which include fruits as a usual part of our daily diet.

108

Modern Phytomorphology 3 (2013) Conclusions

1. The orchard species fruits, particularly black chokeberry, blackcurrant, and blackberry, are characterized by a high antioxidant activity. 2. Extracts from fruits of some orchard shrub species are capable of binding free radicals, and the quantity of compounds with antioxidant properties is highly dependent on the species. 3. Extracts made from chokeberry showed the highest antioxidant activity in two of the three tests, while white currant’ extracts – the lowest. This was directly related to the content of polyphenols and anthocyanins as substances with proven antioxidant properties. References Becker E.M., Ntouma G., Skibsted L.H. 2007. Synergism and antagonism between quercetin and other chain-breaking antioxidants in lipid system of increasing structural organization. Food Chem. 103: 1288–1296. Benzie I.F.F., Strain I.J. 1996. The ferric reducing ability of plasma (FRAP) as a measure of “antioxidant power”: The FRAP assay. Anal. Biochem. 239: 70–76. Borowska E.J., Szajdek A. 2005. Składniki dietetyczne i substancje bioaktywne w owocach aronii, borówki czernicy i porzeczki czarnej. Bromat. Chem. Toksykol. 38 supl.: 181–184. Borowska E.J., Szajdek A., Borowski J. 2005. Antioxidant properties of fruits, vegetables and their products. Fruit Proces. Jan./Feb.: 38–43. Borowska J. 2003a. Owoce i warzywa jako źródło naturalnych przeciwutleniaczy. Przem. Ferm. I Owoc.Warzyw 5: 11–12. Borowska J. 2003b. Owoce i warzywa jako źródło naturalnych przeciwutleniaczy. Przem. Ferm. I Owoc.Warzyw 6: 29–30. Budryn G., Nebesny E. 2006. Fenolokwasy – ich właściwości, występowanie w surowcach roślinnych, wchłanianie i przemiany metaboliczne. Bromat. Chem. Toksykol. 2: 103–110. Chen J.H., Ho C.T. 1997. Antioxidant activities of caffeic acid and its related hydroxycinnaminic acid compounds. J. Agric. Food Chem. 45: 2374–2378. Cieślik E., Gręda A., Adamus W. 2006. Contents of polyphenols in fruit and vegetables. Food Chem. 94: 135–142.

Gibney M.J., Macdonald I.A., Roche H.M. 2003. Nutrition and metabolism: 307–317 Blackwell Science Ltd. UK. Gómez-Plaza E., Miñano A., López-Roca J.M. 2006. Comparison of chromatic properties, stability and antioxidant of anthocyanin-based aqueous extracts from grape pomace obtained from different vinification methods. Food Chem. 97: 87–94. Łata B., Trąmpczyńska A., Mike A. 2005. Effect of cultivar and harvest date on thiols, ascorbate and phenolic compounds content in blueberries. Acta Sci. Pol., Hort. Cultus 4 (1): 163–171. Middleton E., Kandaswamy C., Theoharides T.C. 2000. The effects of plant flavonoids on mammalian cells: implications for inflammation, heart disease, and cancer. Pharmacol. Rev. 52: 673–751. Miłkowska K., Strzelecka H. 1995. Flos Hibisci – metody identyfikacji i ocena surowca. Herba Pol. 41 (1): 11–16. Moyer R.A., Hummer K.E., Finn C.E., Frei B,. Wrolstad R.E. 2002. Anthocyanins, phenolics, and antioxidant capacity in diverse small fruits: Vaccinium, Rubus, and Ribes. J. Agric. Food Chem. 50: 519–525. Pellegrini N., Serafi ni M., Colombi B., Del Rio D., Salvatore S., Bianchi M., Brighenti F. 2003. Total antioxidant capacity of plant foods, beverages and oils consumed in Italy assessed by three different in vitro assays. J. Nutr. 133: 2812–2819. Peschal W., Sánchez-Rabaneda F., Diekmann W., Plescher A., Gartzía I., Jiménez D., LamuelaRaventós R., Buxaderas S., Codina C. 2006. An industrial approach in the search of natural antioxidants from vegetable and fruit waste. Food Chem. 97: 137–150. Polish Pharmacopoeia 2006. T. VII. Wyd. PTFarm, Warszawa. Prior R.L., Cao G., Martin A., Sofic E., McEwan J., O’Brien C., Lischner N., Ehlenfeldt M., Kalt W., Krewer G., Mainland C.M. 1998. Antioxidant capacity as influenced by total phenolic and anthocyanin content, maturity and variety of Vaccinium species. J. Agric. Food Chem. 46: 2686–2693. Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Rice-Evans C. 1999. Antioxidant activity applying improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radical & Medicine 26 (9/10): 1231–1237. Sánchez-Alonso I., Jiménez-Escrig A., SauraCalixto F., Borderías A.J. 2007. Effect of grape antioxidant dietary fibre on the prevention of lipid of lipid oxidation in minced fish: Evaluation by different methodologies. Food Chem. 101: 372–378. Singleton V.L., Rossi J.A. 1965. Colorimetry of total phenolics with phosphomolybolic – phosphotungstic acid reagents. Am. J. Emol. Vitic. 16: 144–158.

Najda A., Łabuda H. Phenolic compounds and antioxidant properties of fruits Slinkard K., Singleton V.L. 1977. Total phenol analysis: Automation and comparison with manual methods. Am. J. Enol. Vitic. 28: 49–55. Sokół-Łętowska A., Oszmiański J. 1998. Właściwości przeciwutleniające naturalnych polifenoli. Zeszyt. Nauk. AR we Wrocławiu, Technologia Żywności. XII 328: 73–84. Sosnowska D., Podsędek A., Anders B. 2004. Aktywność antyoksydacyjna preparatów flawonoidów z owoców jagodowych. Flawonoidy i ich zastosowanie (Mat. Konf., Rzeszów 2004): 277–286. Szajdek A., Borowska J. 2004. Właściwości przeciwutleniające żywności pochodzenia roślinnego. Żywność Nauka. Technologia. Jakość 4 (41): 5–28.

109

Troszyńska A., Honke J., Kozłowska H. 2000. Naturalne substancje nieodżywcze (NSN) pochodzenia roślinnego jako składniki żywności funkcjonalnej. Post. Fitoter. 2: 1–4. Wolski T., Dyduch J. 2000. Znaczenie warzyw i owoców w profilaktyce i terapii chorób cywilizacyjnych. Annales UMCS s. EEE, Horticultura 8 supl.: 19–38. Wu X., Gu L., Prior R.L., McKay S. 2004. Characterization of anthocyanins and proanthocyanidins in some cultivars of ribers, aronia, and sambucus and their antioxidant capacity. J Agric. Food Chem. 52: 7846–7856.

Modern Phytomorphology 3: 111–114, 2013

CHEMICAL VARIABILITY AND ANTIOXIDANT ACTIVITY OF THE LEAVES OF CHOSEN HIGHBUSH BLUEBERRY (VACCINIUM CORYMBOSUM L.) CULTIVARS Małgorzata Janiuk 1*, Agnieszka Najda 2, Magdalena Gantner 1, Marzena Błażewicz‑Woźniak 3 Abstract. The paper deals with the chemical composition and antioxidant activity of aqueous extracts from leaves of two highbush blueberry varieties: ‘Bluecrop’ and ‘Northland’. The study revealed differences in the content of the analyzed components. Leaves of cv. ‘Bluecrop’ were characterized by a higher content of chlorophyll, flavonoids and anthocyanins, while the leaves of cv. ‘Northland’ contained more reducing sugars and total phenolic acids, tannins, and essential oils. Capacity of neutralizing the free radicals (DPPH) in leaves of both tested cultivars was found at comparable levels. Key words: Vaccinium corymbosum, chemical components, antioxidants, DPPH, essential oils Department of Entomology, University of Life Science in Lublin, 7 Leszczyńskiego str., 20-069 Lublin, Poland; * malgorzata.janiuk@up.lublin.pl 2 Department of Vegetable Crops and Medicinal Plants, University of Life Science in Lublin, 58 Leszczyńskiego str., 20-069 Lublin, Poland 3 Department of Cultivation and Fertilization of Horticulture Plants, University of Life Science in Lublin, 58 Leszczyńskiego str., 20-069 Lublin, Poland 1

Introduction The use of plant products in dietetics, care, and prevention of many diseases has significantly increased in recent years (Ball 2001). Plantorigin substances having no nutritional value (non-nutritive phytochemicals) are characterized by diverse chemical structures and are classified as vitamins, terpenoids, polyphenols, pigments, alkaloids, glucosilanes, saponins and others (Grajek 2004). Their biological activity is often associated with antioxidant capacity. Many of these compounds are not synthesized by human body, thus providing them with food is some kind of prevention, particularly in protecting against free radicals. Highbush blueberry (Vaccinium corymbosum L.) belongs to Ericaceae family and Vaccinium genus. Its berries have very rich and valuable chemical composition along with diet and taste qualities as well as medicinal properties (Moyer et al. 2002; Ścibisz & Mitek 2002). In medicine, both blueberry leaves and fruits are used, especially those of © The Author(s), 2013

cranberry (Vaccinium vitis-idaea L.). Decoctions made of the leaves are used for treating kidney stones and inflammation of the renal pelvis, and are useful for intestine and stomach catarrh (Kalt et al. 1999). Due to the significant increase in blueberry acreage, it is advisable to examine the content of primary and secondary metabolites in the leaves of this species. The purpose of this study was to determine the chemical characteristics and antioxidant activity of leaves from two popular highbush blueberry cultivars – ‘Bluecrop’ and ‘Northland’. Material and methods Material for study consisted of leaves of highbush blueberry cultivars ‘Bluecrop’ and ‘Northland’ obtained in 2010-2011 from the commercial plantation within Lublin area. Laboratory analysis involved healthy and undamaged leaves, in which following parameters were determined directly after the harvest: dry matter (Chmielewska 1955), chlorophyll a, b, and their sum by means of

112

Modern Phytomorphology 3 (2013)

MacKinney method (MacKinney 1941), as well as total and reducing sugars applying Schoorl-Luff procedure (Charlampowicz 1966). Some of the leaves were dried at 35°C (in the shade and on open air) to obtain air-dry raw material, which was analyzed by specifying the content of moisture (Farmakopea Polska 2006); phenolic acids using Arnova reagent (Farmakopea Polska 2002); flavonoids applying Polish Pharmacopoeia method (Farmakopea Polska 2006); anthocyanins according to Miłkowska & Strzelecka (1995), tannins by means of Farmakopea Polska (2006), and essential oils due to indirect distillation using xylene (Farmakopea Polska 2008). Furthermore, the capacity to neutralize free radicals (DPPH) in aqueous extracts made of air-dried leaves using the method described by Chen & Ho (1997) was determined. Analyses of the chemical composition of two highbush blueberry varieties leaves were carried out in the Laboratory of Vegetable and Herbal Resources Quality of the Department of Vegetable Crops and Medicinal Plants at the University of Life Sciences in Lublin. Results and disscusion The chemical analyses of plant material revealed differences in the content of primary and secondary metabolites in the leaves of tested highbush blueberry cultivars. Wach (2004) showed that fruits of cv. ‘Northland’ accumulate 13.3%, while the cv. ‘Bluecrop’ – 14.4% of dry matter. The dry matter content in leaves of tested varieties was almost twice as high reaching the level of 36.5% through 34.4% (Tab. 1). Leaves of many plants are a substantial source of natural pigments. The content of chlorophyll a and b in the analyzed raw materials depended on the cultivar and averaged to 2.274 mg ∙ g-1. The leaves of cv. ‘Bluecrop’ had more chlorophyll a (0.909 mg ∙ g-1) and chlorophyll b (1.335 mg ∙ g-1). Mean content of total and reducing sugars in the leaves of highbush blueberry plants amounted to 3.45% and 1.12%. It has been reported that cv. ‘Northland’ was more abundant in these substances. According to Wach (2004) total sugars in blueberry fruits of these cultivars

are formed at the level of about 14.6% and 13.9%. Mean moisture content in leaves of highbush blueberry was at the level of 8.03%. A larger percentage of water content in the leaves was recorded for cv. ‘Northland’ (Tab. 2). The content of secondary metabolites in air-dry leaf tissues varied. Leaves of cv. ‘Northland’ were characterized by a higher content of phenolic acids, tannins, and essential oils, while leaves of cv. ‘Bluecrop’ – by flavonoids and anthocyanins. According to study conducted by Turhan et al. (2009) content of polyphenols in blueberry leaves was 8567.53 mg ∙ 100 g-1, while in fruits – 2318.40 mg ∙ 100 g-1. The results obtained by Skupień (2006) and Moyer et al. (2002) suggest that concentration of polyphenols in fruits varies and depends on a cultivar, growing location, harvest date, and size of fruits. Numerous studies have shown that anthocyanins content has a significant effect on the antioxidant activity of highbush blueberries (Sapers et al. 1984a, b; Prior et al. 1998; Zheng & Wang 2003; Skupień 2004). The fruits studied by Ścibisz & Mitek (2002) showed the amount of anthocyanins at the level of 159.4 mg%. Concentration of anthocyanins in blueberries is highly dependent on the size of fruit, because the pigments are located mainly in the skin (Lee & Wrolstand 2004). According to the study by Lenartowicz et al. (1990), content of anthocyanins in the fruits of cv. ‘Bluecrop’ was lower and amounted to 105 and 116 mg%. In this paper, the content of anthocyanins in highbush blueberry leaves was recorded at average level of 50 mg ∙ 100 g-1, while in cv. ‘Bluecrop’ – more than twice as many of these compounds in comparison to cv. ‘Northland’. Applying the DPPH method, the antioxidant properties of aqueous extracts made from the leaves of two highbush blueberry cultivars, were compared. The examinations have shown that the ability to neutralize the free radicals was comparable for both analyzed varieties, reaching 82.1%, although extract made of cv. ‘Bluecrop’ leaves was more effective. Turhan et al. (2009) reported slightly different results. The capacity of eliminating the free radicals within blueberry

Janiuk M., Najda A., Gantner M., Błażewicz‑Woźniak M.

113

Table 1. Content of basic components in leaves of two highbush blueberry cultivars in 2010-2011. Cultivars

'Bluecrop'

'Northland'

Mean

Dry matter, %

35.4

36.5

35.95

Chlorophyll a, mg ∙ g-1

0.909

0.788

0.849

Chlorophyll b, mg ∙ g-1

1.335

1.319

1.327

2.440

2.107

2.274

Sum of chlorophylls a+b, mg ∙ g

-1

Reducing sugars, % FM

0.90

1.34

1.12

Total sugars, % FM

2.71

4.19

3.45

Table 1. Content of basic components in leaves of two highbush blueberry cultivars in 2010-2011. Cultivars

'Bluecrop'

'Northland'

Mean

Moisture, %

7.84

8.23

8.03

Phenolic acids, mg ∙ 100g-1

0.481

0.581

0.531

Flavonoids, mg ∙ 100g

0.123

0.114

0.119

Anthocyanins, mg ∙ 100g-1

Tannins, % DM

5.2

7.5

6.4

Essential oils, % DM

0.25

0.35

0.30

DPPH, %

82.9

81.3

82.1

-1

leaf extracts was 69.6%, whereas fruit extracts – 83.9%. It is difficult to univocally conclude, on a basis of analyzing the content of individual phenolic groups, which have played a decisive role in the antioxidant system. Studies upon the relationship between the content of phenols and antioxidant properties of berry fruits (Kalt et al. 1999) have shown a strong correlation between the sum of phenols and anthocyanins vs. the total antioxidant capacity. Similar regularity was found also by Proteggente et al. (2002). It is known that the efficiency, composition, and physicochemical properties of essential oil depend on many factors, among which the most important are: geographic area, from which the raw material originates, raw material harvest time, age, as well as the manner of raw materials preparation for processing. According to the data contained in Tab. 2, the average content of essential oil in studied raw materials amounted to 0.30%. Leaves of cv. ‘Northland’ appeared to be the material with higher efficiency of essential oils (0.35%) as compared to cv. ‘Bluecrop’ (0.25%). There are no data on this issue in available literature. Therefore, it seems

to be interesting to carry out the research aimed at determining the qualitative composition of essential oils from tested materials. Conclusions 1. It was a large variation in the content of analyzed components and biological activity of leaves of two highbush blueberry cultivars. 2. The average content of total and reducing sugars in leaves of blueberry plants amounted to 3.45% and 1.12%, respectively. 3. Leaves of cv. ‘Northland’ were characterized by a higher content of phenolic acids, tannins, and essential oils, while leaves of cv. ‘Bluecrop’ – by flavonoids and anthocyanins. 4. Extracts made of highbush blueberry leaves were characterized by high antioxidant activity in the range of 81.3 through 82.9%. References Ball S. 2001. Antyoksydanty w medycynie i życiu człowieka. Oficyna Wyd. Medyk, Warszawa. Charłampowicz Z. 1966. Analizy przetworów z owoców, warzyw i grzybów: 115–120. WPLS, Warszawa.

114 Chen J.H., Ho C.T. 1997. Antioxidant activities of caffeic acid and its related hydroxycinnaminic acid compounds. J. Agric. Food Chem. 45: 2374–2378. Chmielewska I. (red.). 1955. Metody badania niektórych składników roślin: 18. PWRiL, Warszawa. Farmakopea Polska. 2002. T. VI. Wyd. PTF-arm, Warszawa. Farmakopea Polska. 2006. T. VII. Wyd. PTF-arm, Warszawa. Farmakopea Polska. 2008. T. VIII. Wyd. PTF-arm, Warszawa. Grajek W. 2004. Rola przeciwutleniaczy w zmniejszaniu ryzyka wystąpienia nowotworów i chorób układu krążenia. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 1 (38): 3–11. Kalt W., Forney C.F., Martin A., Prior R.L. 1999. Antioxidant capacity, vitamin C, phenolics, and anthocyanins after fresh storage of small fruits. J. Agric. Food Chem. 47: 4638–4644. Lee J., Wrolstand R. 2004. Extraction of anthocyanins and polyphenolics from blueberry – processing waste. J. Food Sci. 69 (7): 564–573. Lenartowicz W., Zbroszczyk J., Płocharski W. 1990. The quality of highbush blueberry fruit. Fruit Sci. Reports 18 (2): 77–85. MacKinney G. 1941. Absorbtion of light by chlorophyll solution. J. Biol. Chem. 140: 315–322. Miłkowska K., Strzelecka H. 1995. Flos Hibisci – metody identyfikacji i ocena surowca. Herba Polon. 41 (1): 11–16. Moyer R.A., Hummer K.E., Finn C.E., Frei B., Wrolstad R.E. 2002. Anthocyanins, phenolics, and antioxidant capacity in diverse small fruits: Vaccinium, Rubus, and Ribes. J. Agric. Food Chem. 50: 519–525. Prior R. L., Cao G., Martin A., Sofic E., McEwen J., O`Brien C., Lischner N., Ehlenfeld M., Kalt W., Krewer G., Mainland C.M. 1998. Antioxidant capacity as influenced by total phenolics and anthocyanin content, maturity and variety of Vaccinium species. J. Agric. Food Chem. 46: 2686–2693.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Proteggente A.R., Pannala A.S., Paganga G., Van Buren L., Wagner E., Wiseman S., Van De Put F., Dacombe C., Rice-Evans C.A. 2002. The antioxidant activity of regularly consumed fruit and vegetables reflects their phenolic and vitamin C composition. Free Radic. Res. 36 (2): 217–233. Sapers G.M., Burgher A.M., Phillips J.G., Jones S.B. 1984a. Color and composition of highbush blueberry cultivars. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 109 (1): 105–111. Sapers G.M., Burger A.M., Phillips J.G., Jones S.B. 1984b. Effects of freezing, thawing, and cooking on the appearance of highbush blueberries. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 109 (1): 112–117. Skupień K. 2004. Ocena wartości odżywczej owoców czterech odmian borówki wysokiej (Vaccinium corymbosum L.). Folia Univ. Agric. Stein., Agricultura 96: 171–174. Skupień K. 2006. Chemical composition of selected cultivars of highbush blueberry fruit (Vaccinium corymbosum L.). Folia Hort. 18 (2): 47–56. Ścibisz I., Mitek M. 2002. Właściwości zdrowotne i możliwości przetwórcze borówki wysokiej. Sad. Now. 1: 24–25. Turhan S., Temiz H., Koca A.F. 2009. Oxidative stability of brined anchovies with extracts from blueberry (Vaccinium sp.) fruits and leaves. J. Food Quality 32: 411–424. Wach D. 2004. Zawartość niektórych związków bioorganicznych w owocach borówki wysokiej (Vaccinium corymbosum L.). Ann. UMCS, Sec. EEE 14: 7–12. Zheng W., Wang S. 2003. Oxygen radical absorbing capacity of phenolics in blueberries, cranberries, chokeberries and lingonberries. J. Agric. Food Chem. 51: 502–509.

Modern Phytomorphology 3: 115–118, 2013

MORPHOLOGICAL AND CHEMICAL VARIABILITY OF OCIMUM BASILICUM L. (LAMIACEAE) Renata Nurzyńska-Wierdak Abstract. Morphological features of 17 sweet basil cultivars as well as essential oil content and composition were determined. The study clearly indicated great variability of Ocimum basilicum L. The content of essential oil in the dried herb was high and varied from 0.75% (O. basilicum var. piperita) to 1.89% (O. basilicum var. cinnamon). Based of the primary components, three chemotypes were distinguished: citral (‘Lime’, ‘Lemon’ and var. citriodorum), E-methyl cinnamate/linalool (‘Licorice’, var. cinnamon) and methyl chavicol (‘Tai’). Key words: Ocimum basilicum, morphology, phytochemistry, chemotypes, essential oils Department of Vegetable Crops and Medicinal Plants, Faculty of Horticulture and Landscape Architecture, University of Life Science in Lublin, 58 Leszczyńskiego, 20-068 Lublin, Poland; renata.nurzynska@up.lublin.pl

Introduction The genus Ocimum includes around 30 plant species from tropical and subtropical areas, which are much differentiated in respect of morphological and chemical features (Nurzyńska-Wierdak 2001, Vina & Murillo 2003, Telci et al. 2006). Among the species of the genus, Ocimum basilicum L. (sweet basil) is the major essential oil crop around the world, cultivated in many countries. Sweet basil is used as a spicy and medicinal herb, and the aromatic character of each type is determined by genotype and depends on the major chemical compounds of essential oil (Telci et al. 2006, Koba et al. 2009). The essential oil constituents vary among sweet basil cultivars, and the main ones are linalool, methyl chavicol, eugenol, 1,8-cineole, geranial, neral, methyl cinnamate (Nurzyńska-Wierdak 2001, 2007a, Koba et al. 2009, Singh et al. 2010). The aim of this research was to morphologically and chemically characterize 17 sweet basil cultivars. Material and methods The field experiment was conducted in the Experimental Farm of the University of Life Sciences in Lublin (51º23` N, 22º56` E) in 2005-2008, using the split-plot method in four © The Author(s), 2013

replications (20 plants in each replication). The type of soil was grey-brown podzolic derived from medium loam. Climatic conditions during the vegetation period are shown in Tab. 1. Seeds of 17 basil cultivars have been obtained from Botanical Garden of Maria Curie-Skłodowska University in Lublin (O. basilicum var minimum ‘Bush’, O. basilicum var. piperita, O. basilicum var. cinnamon, O. basilicum var. citriodorum, O. basilicum var. lactucoefolium, O. basilicum var. purpurascens), as well as from Garten Perle, Chilterns Seeds and Sutton Seeds (cvs. ‘Lime’, ‘Licorice’, ‘Tai’, ‘New Guinea’, ‘Lemon’, ‘Sweet’, ‘Neapolitan’, ‘Rubra’, ‘Kardinal’, ‘Purpre Ruffles’ and ‘Lettuce Leaf’). Seeds were sown in the greenhouse at the beginning of April and then planted into the field about May 20th in 50×30 cm spacing. Plants at flowering stage were collected and then morphological features were determined on 24 randomly selected plants of each variety. The content of essential oil was extracted from air-dry material by distillation. Its composition was determined using gas chromatography method combined with mass detector. There were applied Varian 4000 GC‑MS-MS chromatograph, equipped with a CP-8410 auto-injector and 30 m × 0.25 nm i.d. VF-5ms column (Varian, USA), film thickness 0.25 µm, carrier gas helium at the rate of 0.5 ml/

116

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Table 1. Mean air temperature (°C) and total rainfall (mm) for May-July period in the years 2005-2008 and the long term average (1951-1995). Month May June

July

Decade

Mean air temperature

Total rainfall

2005-2008

1951-1995

13.1

13.8

41.3

11.1

III

16.2

13.8

18.1

26.0

14.7

15.4

26.0

23.1

17.4

15.6

7.6

24.9

III

18.2

16.8

10.9

23.0

19.2

17.0

8.3

20.0

18.0

24.3

30.0

III

22.5

17.6

39.0

31.0

Table 2. Characteristics of chosen growth features of studied basil cultivars. Basil cultivar

Plant height (cm)

Nr. of Plant diameter branches (cm) per plant

Nr. of Plant weight inflorescences (g) per plant

Essential oil content (%)

‘Kardinal’

56.9

36.6

454.1

0.85

13.0

52.0

‘Lime’

39.2

41.2

13.6

135.8

26.6

1.00

‘Licorice’

38.5

39.5

13.8

174.5

43.5

1.31

‘Lemon’

41.8

43.4

13.3

127.3

39.9

1.18

‘Lettuce Leaf’

49.8

39.8

15.6

266.7

35.8

1.10

‘Neapolitan’

36.4

28.5

10.6

146.8

41.3

1.01

‘New Guinea’

33.7

34.4

13.7

135.9

42.5

1.36

‘Purpre Ruffles’

45.4

33.0

15.2

301.5

34.6

0.90

‘Rubra’

54.0

33.2

13.2

413.5

67.8

0.82

‘Sweet’

56.0

43.3

16.5

158.4

43.5

0.97

‘Tai’

41.3

34.5

11.5

135.0

40.0

0.94

var. cinnamon

43.6

38.2

12.5

128.5

45.7

1.89

var. citriodorum

49.3

39.4

12.6

229.3

53.6

1.02

var. lactucoefolium

53.2

37.2

11.6

267.2

52.2

0.80

var. minimum ‘Bush’

29.2

24.9

15.5

119.5

52.4

1.57

var. piperita

50.2

38.5

12.9

243.7

47.7

0.75

var. purpurascens

47.9

38.4

14.2

254.4

35.8

1.03

Mean

45.1

36.7

13.5

217.2

44.4

1.09

LSD0.05

13.2

9.8

2.5

65.3

14.7

0.22

Nurzyńska-Wierdak R. Morphological and chemical variability of Ocimum basilicum

117

Table 3. Major aroma compounds of chosen basil essential oils (2005-2008). Basil cultivar

Oil aroma and major aroma compounds of essential oil (%)

‘Lime’

Aroma: lime; geranial (25.7%), neral (20.8%), linalool (10.6%), Z-α-bisabolene (8.0%), E-caryophyllene (6.2%)

‘Licorice’

Aroma: licorice; E-methyl cinnamate (41.9%), linalool (22.7%), methyl chavicol (4.9%)

‘Lemon’

Aroma: lemon; geranial (20.5%), neral (15.8%), E-caryophyllene (10.7%), Z-α-bisabolene (10.1%), linalool (9.8%), nerol (7.8%)

‘Tai’

Aroma: anise; methyl chavicol (68.6%), eucalyptol (8.2%)

var. cinnamon

Aroma: spicy-cinnamon; E-methyl cinnamate (29.9%), linalool (26.5%), methyl chavicol (7.8%)

var. citriodorum

Aroma: citrus-fruit; geranial (20.2%), neral Z-α‑bisabolene (9.9%), linalool (9.7%), nerol (7.7%)

minute; injector and detector temperature 220°C and 200°C, respectively; split ratio 1:100; injector volume 1µl. A temperature gradient was applied (50°C for 1 min, then incremented by 4°C/min to 250°C and held at this temperature for 10 min); ionization energy, 70 eV; mass range, 40‑1000 Da; scan time, 0.8 s. The linear retention indices from temperature-programming, using definition of Van den Dool & Kratz (1963), were determined for series of n-alkanes C6‑C40. Statistical analysis of studied features was performed using SAS software (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) procedures. Results and disscusion Significant differentiation was found in the investigated sweet basil traits relating to the plant’s height, diameter, weight as well as number of branches, inflorescences and essential oil content (Tab. 2). The highest plants (56.9 cm) with the greatest weight (454.1 g) were produced by ‘Kardinal’, whereas ‘Rubra’ was characterized by the largest number of inflorescences (67.8) and ‘Sweet’ had a largest plant diameter and number of branches (43.3 cm and 16.5, respectively). Results of the present and earlier studies (Nurzyńska-Wierdak 2007a, b) confirm great morphological and developmental variability of sweet basil. Essential oil content was high and varied from 0.75% (O. basilicum var. piperita) to 1.89% (O. basilicum var. cinnamon) (Tab. 2). The higher content of essential oil at full bloom stage in Ocimum spp. has also been reported from other

(15.5%),

E-caryophyllene

(10.5%),

regions (Verma et al. 2011). Some these results remain consistent with those described by Seidler-Łożykowaska & Król (2008). Great variability of essential oil chemical composition was observed at chosen basil cultivars (Tab. 3). However, the main components were geranial (‘Lime’, ‘Lemon’, var. citriodorum), E-methyl cinnmate (‘Licorice’, var. cinnamon), linalool (‘Lime’, ‘Licorice’, var. cinnamon) and neral (‘Lime’, ‘Lemon’, var. citriodorum). ‘Lime’, ‘Lemon’ and var. citriodorum contained high citral (geranial and neral) contents ranging from 35.7% to 46.55% and can be considered as a citral chemotypes (Telci et al. 2006). Methyl chavicol was the dominant compound in essential oil of ‘Tai’ plants, and was the minor component in the others. The composition of ‘Tai’ essential oil was similar to that described by Verma et al. (2011) and Koba et al. (2009) and indicated that this cultivar could be a potential source of methyl chavicol. Based of these primary components (compounds found in concentration higher then 15%), three chemotypes were distinguished: a) citral (‘Lime’, ‘Lemon’ and var. citriodorum); b) E-methyl cinnamate/linalool (‘Licorice’, var. cinnamon); c) methyl chavicol (‘Tai’). Conclusions In conclusion, this study demonstrated the great morphological and chemical variability of Ocimum basilicum cultivars, and indicated that basil cultivars accumulated a relatively high percentage of essential oil (mean 1.09%) in a

118

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Polish agro-climatic conditions. Moreover, some of the studied basil cultivars (‘Lime’, ‘Lemon’, ‘Tai’, var. citriodorum) seems to be interesting because of the high content of linalool, geranial and methyl chavicol. References Koba K., Poutouli P.W., Raynaud Ch., Chaumont J.P., Sanda K. 2009. Chemical composition and antimicrobial properties of different basil essential oils chemotypes from Togo. Bangladesh J. Pharmacol. 4: 1–8. Nurzyńska-Wierdak R. 2001. Analiza zawartości i składu chemicznego olejku dwóch form bazylii wonnej (Ocimum basilicum L.). Ann. UMCS, EEE, IX suppl.: 189–193. Nurzyńska-Wierdak R. 2007a. Evaluation of morphological and developmental variability and essential oil composition of selected basil cultivars. Herba Pol. 53 (3): 255–261. Nurzyńska-Wierdak R. 2007b. Comparing the growth and flowering of selected basil (Ocimum basilicum L.) varieties. Acta Agrobot. 60 (2): 127–131.

Seidler-Łożykowska K., Król D. 2008. The content of essential oil in ten sweet basil (Ocimum basilicum L.) cultivars and its composition. Herba Pol. 54 (3): 7–12. Singh S., Singh M., Singh A.K., Kalra A., Yadav A., Patra D.D. 2010. Enhancing productivity of Indian basil (Ocimum basilicum L.) through harvest management under rainfed conditions of subtropical north India plains. Ind. Crops Prod. 32: 601–606. Telci I., Bayram E., Yilmaz G., Avci B. 2006. Variability in essential oil composition of Turkish basils (Ocimum basilicum L.). Biochem. Syst. Ecol. 34: 489–497. Van den Dool H., Kratz D.J. 1963. A generalization the retention index system including liner temperature programmed gas-liquid partition chromatography. J. Chromatogr. 11: 463–471. Verma R.S., Padalia C.R., Chauhan A. 2011. Variation in the volatile terpenoids of two industrially important basil (Ocimum basilicum L.) cultivars during plant ontogeny in two different cropping seasons from Ind. J. Sci. Food Agric. 92: 626–631. Vina A., Murillo E., 2003. Essential oil composition from twelve varieties of basil (Ocimum spp) grown in Colombia. J. Braz. Chem. Soc. 14 (5): 744–749.

Modern Phytomorphology 3: 119–124, 2013

RESPONSE OF RASPBERRY (RUBUS IDAEUS L.) ON SOIL MULCHING AND FOLIAR NUTRITION WITH MANGANESE Mirosław Konopiński * & Sławomir Żuber Abstract. Raspberry is one of the most important species of fruit plants in Poland. The consumer usefulness and processing of fruits determined the taste and chemical composition. The raspberry fruits contain many valuable and important for human health ingredients. Furthermore the raspberries have a very high value of beekeeping. The main determinants of achieving a high yield and high biological value are a good supply of plant in the macro- and micronutrients and properly prepared soil. The aim of the study was to determine the response of raspberry on the soil mulching and foliar nutrition with manganese. In the study were included the following factors: I) type of bedding: black foil, black agri-woven, pine bark, wheat straw, soil without bedding – control; II) foliar nutrition with manganese and without foliar nutrition. Yield of fruits, weight of 100 fruits, length of shoots, fruiting terms and the number of harvests were specified. It was found that the soil bedding in the raspberries rows had no significant effect on the plant yielding, weight of fruits, length of shoots and the number of harvests. Foliar nutrition with manganese had a significant negative impact on the yield of raspberry fruits and their mass. While the foliar nutrition of plants had a significantly positive impact on the growth of raspberry shoots. Key words: Rubus idaeus, raspberry, soil bedding, manganese, biometric features Department of Cultivation and Fertilization of Horticultural Plants, University of Life Sciences in Lublin, 58 Leszczyńskiego str., 20-068 Lublin, Poland; * miroslaw.konopinski@up.lublin.pl

Introduction Raspberry is one of the most important species of fruit plants in temperate climate zone. The area of raspberry cultivation still increases and develops also the processing industry. In 2008, the harvest of raspberries in Poland amounted to 81 600 tons, which accounted for 16% of world production, and Poland became the second producer in the world (GUS 2009a, b). For several years the largest raspberry crop region is Lublin (Wieniarska 1992). From here comes more than 80% of the domestic production of raspberries. The consumer usefulness and processing of fruits determined the taste and chemical composition. Flavor and aroma depend on sugars, organic acids and volatile substances. While the biological value depends on the level of antioxidants, which include inter alia: ascorbic acid and anthocyanins (Wieniarska et al. 2005). Deserve a special attention should be paid to such components as: phenolic acids, tannins and flavonoids. A major role plays the © The Author(s), 2013

ellagic acid, which has the hemostatic properties and lowering blood pressure. This component is considered as the prototype of a new class of substance, which prevents the formation of cancer. Raspberries have a very high value of beekeeping. Honey yield of several years plantation amounted to 120-240 kg per one hectare. While the pollen productivity of one hectare plantation, depending on the cultivar amounted to 3-13 kg (Szklanowska & Wieniarska 1985). One of the most important conditions for obtaining a high yield and high biological value is a good supply of plant in the macro- and micronutrients (Czuba 1996). Manganese is an essential micronutrient which has a major impact on carbohydrates metabolism, protein synthesis, nucleic acids and lipids (Cakmak 2000; Henriques 2003). Manganese characterized by the fact that in the soil solution can be in various forms: Mn2+, Mn4+, Mn3+ and other (Fotyma & Mercik 1995). Mobilization of manganese in the form

120

Modern Phytomorphology 3 (2013)

of Mn2+ plays a crucial role in the nutrition of plants. An important factor influencing availability of manganese, next to the pH, is the activity of microorganisms in the rhizosphere, root secretions and the presence of organic acids (Grzebisz 2008). For the proper functioning, the plants need 20-40 mg Mn ∙ kg-1 d.m. A normal content of manganese is in a wide range from 20-1000 mg Mn ∙ kg-1 d.m. (Gediga 2000 b). Significant impact on the activity of microorganisms in rhizosphere has a mulching of soil (Sas-Paszt & Głuszek 2007). Mulch has a positive influence on the physical and chemical properties of soil. Protect against erosion (Gordon et al. 1993) and preventing soil degradation (Słowińska-Jurkiewicz et al. 2001). The aim of the study was to determine the response of raspberry on the soil mulching and foliar nutrition of liquid fertilizer “Mikrovit Mn 6”. Material and methods The experiment was conducted in 2009, on the raspberry plantation ‘Polana’ cultivar, grown for autumn harvest. Plantation is located in a village Skorczyce, near Kraśnik town, in Lublin region. Raspberry bushes were planted in autumn 2003, in spacing 4.0 × 0.5 m, on a good wheat complex soil. The plot area was 15 m2. In the study were included the following factors: I) type of bedding: black foil, black agri-woven, pine bark, wheat straw, soil without bedding – control; II) foliar nutrition with manganese and without foliar nutrition. The beddings were placed on the soil in the first decade of April, in the rows of plants, a width of 100 cm. The organic materials were placed to form a layer thickness of 5 cm. The foliar nutrition with manganese was applied three times – 2 June, 16 June and 30 June. A liquid fertilizer “Mikrovit Mn 6” was applied at a dose 1.5 dm3 ∙ ha-1, using up 750 dm3 of solution. Harvesting began on July 22. Yield of fruits, weight of 100 fruits, length of shoots, fruiting terms and the number of harvests were specified. The results were statistically processed

by means of variance analysis. The difference significance was estimated using Tukey’s test for significance level α=0.05. Results and discussion Yield of fruits The raspberry fruit yield, irrespective of the studied factors amounted to an average 13.47 t ∙ ha-1 (Tab. 1). The type of bedding had no significant effect on the yield of raspberries. Under the influence of mulching with pine bark and wheat straw, the yield of fruits was lower than in the cultivation without bedding. Similar results were obtained by Szewczuk (1995) Szewczuk & Sosna (2001), Markuszewski & Kopytowski (2008) and Czynczyk et al. (2009) with bedding the rows of apple trees. However Mika & Krzewińska (1996) showed a positive effect of bark mulch and polyethylene foil on the apple trees yielding. Kulesza (1995) noted a significant increase in the yield of apples under the influence of mulching with pine bark. In raspberry cultivation, the highest yield of fruits, irrespective of foliar nutrition, was harvested in the objects with black foil, an average 13.74 t ∙ ha-1, and the smallest in the objects with pine bark, an average – 13.09 t ∙ ha-1. A triple feeding of plants had a negative influence on the yield of raspberries. Irrespective of the soil mulching, foliar nutrition of plants resulted in a significant reduction in the yield (by 13.2%). Reduction of the tomato yield under the influence of feeding plants with manganese noted Chohura et al. (2004). Also Gediga (2000a) received significantly lower yields of faba bean and millet as a result of soil fertilization with manganese. There are studies which showing a positive effect of feeding with manganese on the plants yielding. Wróbel & Domaradzki (2006) showed a beneficial effect of this treatment on the yield of sugar beet. Similar Szewczuk (2009), under influence of foliar nutrition with “Mikrovit Mn” reported an increase in tuber yield of potato. Length of raspberry shoots Length of raspberry shoots amounted an

Konopiński M., Żuber S. Response of raspberry on mulching and nutrition with Mn

121

Table 1. Yield of raspberry fruits (t · ha-1). Type of bedding

Foliar nutrition Mn

without Mn

mean

Black foil

12,47

14.59

13.53

Black agri-woven

12.71

14.77

13.74

Pine bark

11.94

14.24

13.09

Wheat straw

12.18

14.47

13.32

Control

13.24

14.06

13.65

Mean

12.51

14.42

13.47

LSD(0.05) for:

type of bedding

n.s.

foliar nutrition

0.77

Table 2. Length of raspberry shoots (cm). Type of bedding

Foliar nutrition Mn

without Mn

mean

Black foil

114.9

110.3

112.6

Black agri-woven

123.2

112.8

118.0

Pine bark

113.8

111.7

112.8

Wheat straw

110.9

104.2

107.6

Control

120.1

107.3

113.7

116.6

109.3

Mean LSD(0.05) for:

112.1

type of bedding

n.s.

foliar nutrition

5.4

Table 3. Weight of 100 fruits (g). Type of bedding

Foliar nutrition Mn

without Mn

mean

Black foil

326

367

347

Black agri-woven

314

361

338

Pine bark

316

357

337

Wheat straw

337

353

345

Control

338

347

343

Mean

326

357

LSD(0.05) for:

type of bedding

n.s.

foliar nutrition

7.7

average 112.1 cm (Tab. 2). Applied the soil bedding had no a significant influence on the growth of shoots. However, it was found that the plants grown in mulched sites with agri-woven characterized by the longest shoots (an average 118.0 cm). The shortest shoots had the plants

342

in mulched sites with wheat straw (107,6 cm). Similar results received Pliszka & Scibisz (1989) in cultivation of Vaccinium vitis-idea L. Whereas Markuszewski & Kopytowski (2008) showed that the apple trees grow stronger in mulching sites with woven. Also

122 Krzewińska & Mika (1997) observed a positive effect of organic and synthetic beddings on the growth of apple trees. Szwedo & Lipecki (1997) reported a beneficial influence of soil mulching with straw on the growth of cherry and apple trees. A foliar nutrition with manganese had a positive impact on growth of raspberry shoots. Manganese fed plants exhibited the greatest length of shoots, an average 116.6 cm, while not feeding plants had a shorter shoots (by 6.3%). Weight of fruits Weight of 100 fruits of raspberry amounted an average 342 g (Tab. 3). Soil mulching had no significant influence on the weight of raspberry fruits. Fruit weight was significantly dependent on harvest date and foliar nutrition with manganese. The largest mass characterized the fruits at the beginning of the harvest, and the smallest collected at the end of harvest. Foliar nutrition with manganese had a significantly negative impact on the mass of raspberry fruits. Weight of 100 fruits collected from the feeding plants was less, an average by 8.7%, compared with fruits from not fertilized plants. Differently to foliar nutrition with manganese responded the oats. Tobiasz‑Salach & Bobrecka-Jamro (2009) showed a beneficial effect of manganese on the weight increase of 1000 grains of oats. Fruiting term and the number of harvests Type of bedding and foliar nutrition with manganese had no apparent effect on the fruiting term and the number of harvests. Fruit harvest started at the beginning of the third decade of July (Tab. 4). The earliest ripe the fruits on the bushes in the objects with synthetic beddings and pine bark (22 July), two days later in the objects with wheat straw, and at the latest (25 July) ripe the fruits on the plants in the sites without bedding. Foliar nutrition with manganese resulted in shortening the period of fruiting plants. Fed raspberries ended fruiting period in the first decade of September, but the plants not fertilized with manganese finished fruiting period in the second decade of September.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Foliar nutrition with manganese had also a large impact on the number of harvests (Tab. 5). In the objects with not feeding plants carried out three harvests more than in the objects with feeding plants. Conclusions • Soil bedding in the raspberries rows had no significant effect on the plant yielding, weight of fruits, length of shoots and the number of harvests. • Foliar nutrition with manganese had significantly negative impact on the yield of raspberry fruits and their mass. • Foliar nutrition of plants had significantly positive influence on the growth of raspberry shoots. References Cakmak I. 2000. Possible roles of zinc in protecting plant cells from damage by reactive oxygen species. New Phytol. 146: 185–205. Chohura P., Komosa A., Kołota E. 2004. Ocena skuteczności działania chelatowych i mineralnych form manganu i miedzi w uprawie pomidora szklarniowego w wełnie mineralnej. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 502: 505–512. Czuba R. 1996. Celowość i możliwości uzupełniania niedoborów mikroelementów u roślin. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 434: 55–64. Czynczyk J., Bielicki P., Mika A., Krawiec A. 2009. Przydatność trzech rodzajów ściółki do uprawy ekologicznej jabłoni. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 536: 61–71. Fotyma M., Mercik S. 1995. Chemia rolna. PWN, Warszawa. Gediga K. 2000a. Reakcja roślin na nadmierne stężenie manganu w glebach. Część I. Plony bobiku i prosa oraz zawartość i pobieranie manganu. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 471 (1): 253–260. Gediga K. 2000b. Reakcja roślin na nadmierne stężenie manganu w glebach. Cz. III. Toksyczna zawartość manganu w glebach i roślinach. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 471 (1): 273–281. Gordon S.O., Brennan R.M., Lawson H.M., Birch A.N.E., McNicol R.J., Woodford J.A.T. 1993. Integrated crop management in Rubus and Ribes crops in Europe – the present and prospects for the future. Acta Hort. 352: 539–545. Grzebisz W. 2008. Nawożenie roślin uprawnych. T. I. Podstawy nawożenia. PWRiL, Poznań.

Konopiński M., Żuber S. Response of raspberry on mulching and nutrition with Mn

123

Table 4. Terms of raspberry fruiting. Foliar nutrition Type of bedding

without Mn

first harvest

last harvest

first harvest

last harvest

Black foil

22.07

05.09

22.07

15.09

Black agri-woven

22.07

05.09

22.07

15.09

Pine bark

22.07

05.09

22.07

14.09

Wheat straw

24.07

08.09

22.07

14.09

Control

25.07

08.09

22.07

12.09

Table 5. Number of fruits harvests. Type of bedding

Foliar nutrition Mn

without Mn

mean

Black foil

Black agri-woven

Pine bark

Wheat straw

Control

Mean

GUS 2009a. Główny Urząd Statystyczny. Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2008 roku: 143–144. Warszawa GUS 2009b. Główny Urząd Statystyczny. Wyniki produkcji roślinnej w 2008 roku: 85–93. Warszawa. Henriques F.S. 2003. Gas exchange, chlorophyll a fluorescence kinetics and lipid peroxidation of pecan leaves with varying manganese concentrations. Plant Sci. 165: 239–244. Krzewińska D., Mika A. 1997. Wpływ systemów pielęgnacji gleby na jakość jabłek. Współczesne trendy w agrotechnice sadów. Jakość owoców jako czynnik postępu w sadownictwie (II Ogólnopolskie Seminarium Pracowników Katedr Sadownictwa i Instytutu Sadownictwa i Kwiaciarstwa. Lublin, 25-26 września 1997): 24–27. Kulesza W. 1995. Wpływ nawożenia azotem i ściółkowania gleby na przyrosty pni i plonowanie jabłoni odmiany ‘Cortland’ w warunkach przyrodniczych Warmii. Postęp w Intensyfikacji Upraw Sadowniczych (I Ogólnopolskie Seminarium Pracowników Katedr Sadownictwa, Poznań – Przybroda, 27-28 września 1995): 111–118. Markuszewski B., Kopytowski J. 2008. Zachwaszczenie i koszty jego regulowania w sadzie jabłoniowym z produkcją integrowaną. Zesz. Nauk. ISK Skierniewice 16: 35–50.

Mika A., Krzewińska D. 1996. Rezultaty ściółkowania gleby w rzędach drzew w półkarłowym sadzie jabłoniowym. XXXIV Ogólnopolska Naukowa Konferencja Sadownicza. (Skierniewice, 28-30 sierpnia 1996): 158–161. Pliszka K., Scibisz K. 1989. Effect of mulching and nitrogen fertilization upon growth and yield of lingonberries (Vaccinium vitis-idea L.). Part II. Acta Hort. 241: 139–144. Sas-Paszt L., Głuszek S. 2007. Rola korzeni i ryzosfery we wzroście i plonowaniu roślin sadowniczych. Wpływ mikoryzacji i ściółkowania na procesy zachodzące w ryzosferze i wzrost roślin. Post. Nauk Rol. 331 (6): 27–39. Słowińska-Jurkiewicz A., Świca H., Domżał H., Bielińska E.J. 2001. Wpływ sposobu pielęgnacji gleby w sadzie wiśniowym na jej strukturę. Acta Agrophy. 56: 271–281. Szewczuk A. 1995. Wpływ ściółkowania i nawadniania na wzrost, kwitnienie i owocowanie drzew jabłoni odmiany „Elstar” wysadzonych w dużym zagęszczeniu. Postęp w Intensyfikacji Upraw Sadowniczych (I Ogólnopolskie Seminarium Pracowników Katedr Sadownictwa, Poznań – Przybroda, 27-28 września 1995): 106–110. Szewczuk A., Sosna I. 2001. Wpływ podkładki, nawadniania i ściółkowania rzędów drzew włókniną na wielkość i stopień wybarwienia owoców. Zesz. Nauk. ISK Skierniewice 9: 71–75.

124 Szewczuk C. 2009. Wpływ dokarmiania dolistnego na plon bulw ziemniaka. Ann. UMCS, Sec. E, Agric. LXIV (1): 7–12. Szklanowska K., Wieniarska J. 1985. Wartość pszczelarska i plonowanie 10 odmian malin (Rubus idaeus L.). Pszczel. Zesz. Nauk. 29: 231–251. Szwedo J., Lipecki J. 1997. Wstępne wyniki badań nad wpływem ściółkowania słomą i nawożenia azotem na wzrost drzew i jakość owoców wiśni. Współczesne trendy w agrotechnice sadów. Jakość owoców jako czynnik postępu w sadownictwie (II Ogólnopolskie Seminarium Pracowników Katedr Sadownictwa i Instytutu Sadownictwa i Kwiaciarstwa, Lublin, 25-26 września 1997): 175–181. Tobiasz-Salach R., Bobrecka-Jamro D. 2009. Wpływ dokarmiania dolistnego na plon i skład chemiczny ziarna owsa nieoplewionego. Ann. UMCS, sec. E. Agric. LXIV (1): 19–28.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Wieniarska J. 1992. Niektóre cechy biologiczne i produkcyjne owocujących pędów dziesięciu odmian maliny (Rubus idaeus L.). Praca habilitacyjna. Rozp. Nauk. 148. Wyd. AR, Lublin. Wieniarska J., Szember E., Żmuda E., Murawska D. 2005. Porównanie składu chemicznego owoców wybranych odmian maliny Rubus idaeus L. Ann. UMCS, sec. EEE, Hortic. XV: 29–33. Wróbel S., Domaradzki K. 2006. Działanie boru i manganu w łącznej aplikacji dolistnej z herbicydem na plonowanie i skład chemiczny buraka cukrowego. Pam. Puławski 142: 585–593.

Modern Phytomorphology 3: 125–129, 2013

EFFECT OF SOWING DATE ON BIOMETRICAL FEATURES OF HAMBURG PARSLEY PLANTS Robert Gruszecki * & Andrzej Sałata Abstract. The aim of this study was to determine the relationship between sowing date and the biometrics features of the roots and leaves of parsley. Seeds of parsley cultivars ‘Berlińska PNE’ and ‘Cukrowa’ were sown in 5 times in 2004 year: 5 July, 25 August, 5 and 15 September, 17 November and 12 April 2005. Plants were harvested then the average root diameter was greater than 20 mm. Due to harvest time dependence of the size of the root, was no effect of sowing date on the diameter and the weight of gained parsley roots. Shorter roots and the lower coefficient of shape produced plants that sprouted before winter (5 July, 25 August, 5 and 15 September). The highest number of leaves produced by plants sowing on 5 July and 17 November, and the lowest – by plants sowing on 25 August and 12 April. The lowest length of leaves were found in plants obtained from sowing on 5 July (20.8 cm), it was more than twice shorter than in plants from different dates of sowing. The largest weight of leaves had the plants from sowing on 5 and 15 September or 17 November. Those plants are also characterized by a smaller root/shoot weight ratio. Tested cultivars differ in the length and coefficient of shape of the root and root/shoot weight ratio. Key words: Petroselinum crispum, turnip-rooted parsley, roots diameter, coefficient of shape, length, weight, leaves, root/ shoot ratio Department of Vegetable Crops and Medicine Herbs, University of Life Sciences in Lublin, 58 Króla Leszczyńskiego str., 20-069 Lublin, Poland; * robert.gruszecki@up.lublin.pl

Introduction Hamburg parsley (Petroselinum crispum (Mill.) Nyman ssp. tuberosum (Bernh.) Crov.) is one of the most popular spice vegetables used in Poland. Both roots and leaves were used for garnish and flavoring dishes. Quality of Hamburg parsley depended on plants biometrical features (PN-R-75370 1996; Petropoulos et al. 2005). Biometrical features of parsley plants depends on cultivation method, sowing depth, weather conditions, plant population and cultivar (Dowker & Jackson 1977; Pantielev & Kamnina 1983; Bakowski et al. 1993; BłażewiczWoźniak 1998, 1999b, 2003; Pokluda 2003; Petropoulos et al. 2005; Gruszecki 2006, 2007a, b). One of the factors that determines the biometrical features of plants is also the date of sowing (Bakowski et al. 1993; BłażewiczWozniak 1998; Petropoulos et al. 2005, 2006, 2008; Gruszecki 2006, 2007a, b). To this time were published many papers about effect of sowing date on biometrical features of © The Author(s), 2013

Hamburg parsley plants (Bakowski et al. 1993; Błażewicz-Wozniak 1998; Petropoulos et al. 2005, 2006, 2008). However, the hitherto studies comprised plants harvested in the same time or at full maturity, it was caused that the plants were in different growing stages. The aim of the presented studies was to determine the effect of sowing time on biometrical features of Hamburg parsley plants harvested at the same growing stage. Material and methods The experiment was carried out in the Agricultural Experimental Farm of the University of Life Sciences in Lublin – Felin, on fallow soil of mechanical composition of light soil, comprising 1.5% organic matter. Two parsley cultivars were taken into consideration in the experiment: the early ‘Cukrowa’ and the late ‘Berlińska PNE’. Six sowing dates were applied: 5 July, 25 August, 5 and 15 September, 17 November in 2004 and 12 April 2005. The harvest was commenced when, on the basis of

126

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Table 1. The dates of harvest of the plants grown from different dates of sowing. Dates of sowing

Cultivar

5.VII

25.VIII

5.IX

15.IX

17.XI

12.IV

‘Berlińska PNE’

2.V

3.VII

7.VII

23.VI

9.VII

31.VII

‘Cukrowa’

2.V

1.VII

18.VI

16.VI

7.VII

30.VII

25,0

120

20,0

100 80

15,0

60 10,0

5,0

0,0

0 I

II IV

III

II V

III

Precipitation

II VI

III

II VII

III

II VIII

III

Mean air temperature

Fig. 1. Mean air temperature and precipitation for harvest time of Hamburg parsley.

weekly measurements, mean root diameter of 30 subsequent plants in a row exceeded 20 mm (minimum for Hamburg parsley roots traded without leaves – PN-R-75370 1996). The dates of harvest were presented in Tab. 1, and the weather conditions during harvest in Fig. 1. Results obtained were statistically processed by calculating the confidence intervals according to Tukey’s test at the level α=0.05. Results and disscusion Due to the harvest time dependence on the size of root, was no effect of sowing date on the diameter of the parsley roots (Tab. 2). The sowing date affected the length of the roots and their coefficient of shape. Shorter roots with lower coefficient of shape formed plants that sprouted before winter (from sowing on 5 July, 25 August, 5 and 15 September). Plants from these sowing dates had the roots length similar, regardless of the growth stage of the plants before winter (Tab. 2). Petropoulos et al.

(2005) found, that sowing date was confirmed as a significant factor influencing the length of roots, when Błażewicz-Wozniak (1998) did not show such relationship. The length of roots and their coefficient of shape depend on the cultivar, longer roots of higher coefficient of shape, with the exception of the spring sowing, produced by plants of cv. ‘Berlińska PNE’ (Tab. 2). This confirms the results obtained by Pokluda (2003) and Gruszecki (2007a), but Błażewicz-Wozniak (1999b), Petropoulos et al. (2005) and Gruszecki (2006) did not find significant differences in the length of the parsley roots beetwen cultivars. Sowing date did not affect on the average weight of roots, due to the relationship of harvest and growth stage. These results confirm those obtained in other experiments (BłażewiczWozniak, 1998; Petropoulos et al., 2005, 2006, 2008). Some authors reported that the average root weight depends on the cultivar (Pokluda 2003; Petropoulos et al. 2006; Gruszecki 2007a), which was not confirmed

Gruszecki R., Sałata A. Effect of sowing date on biometry of Hamburg parsley

127

Table 2. The effect of sowing date on biometric features of Hamburg parsley plants. Date of Cultivar sowing 5.VII

25.VIII

5.IX

15.IX

17.XI

12.IV

Mean

Root diameter (mm)

‘Berlińska PNE’ 26.7

Leaves length (cm)

coefficient of shape

weight (g)

13.8

5.4

37.5

number

length (cm)

weight (g)

root/ shoot ratio

29.6

22.0

30.2

1,24

‘Cukrowa’

25.3

12.8

5.1

24.3

24.9

19.5

33.2

0,73

Mean

26.0

13.3

5.3

30.9

27.3

20.8

31.7

0,99

‘Berlińska PNE’ 21.6

13.6

6.4

21.0

9.4

37.7

23.4

0,90

‘Cukrowa’

24.3

12.8

5.3

22.8

10.7

52.6

34.9

0,65

Mean

23.0

13.2

5.9

21.9

10.1

45.2

29.2

0,78

‘Berlińska PNE’ 22.7

14.5

6.4

24.0

10.7

51.9

35.3

0,68

‘Cukrowa’

23.8

13.2

5.6

22.0

15.5

50.0

42.6

0,52

Mean

23.3

13.9

6.0

23.0

13.1

51.0

39.0

0,60

‘Berlińska PNE’ 22.5

15.6

7.0

24.2

15.4

52.1

43.6

0,56

‘Cukrowa’

25.2

11.4

4.5

21.3

16.3

46.7

50.3

0,42

Mean

23.9

13.5

5.8

22.8

15.9

49.4

47.0

0,49

‘Berlińska PNE’ 23.9

17.6

7.4

26.3

22.5

44.7

40.5

0,65

‘Cukrowa’

27.1

15.2

5.9

29.5

22.2

50.4

51.5

0,57

Mean

25.5

16.4

6.7

27.9

22.4

47.6

46.0

0,61

‘Berlińska PNE’ 24.4

18.3

7.5

27.2

13.7

50.7

34.9

0,78

‘Cukrowa’

22.4

18.1

8.1

19.3

10.3

45.7

21.3

0,91

Mean

23.4

18.2

7.8

23.3

12.0

48.2

28.1

0,84

‘Berlińska PNE’ 23.6

15.6

6.7

26.7

16.9

43.2

34.7

0,80

‘Cukrowa’

24.7

13.9

5.8

23.2

16.7

44.2

39.0

0,63

Mean

24.2

14.7

6.2

25.0

16.8

43.7

36.8

0,72

LSD0.05 Sowing date (A)

n.i.

3.03

1.65

n.i.

5.18

4.76

15.75

0.164

Cultivar ( B)

n.i.

1.18

0.64

n.i.

0.064

A×B

n.i.

2.71

n.i.

7.79

n.i.

0.270

by the others (Błażewicz-Wozniak 1999a; Petropoulos et al. 2005; Gruszecki 2006). In present study the effect of cultivar was not significant (Tab. 2). The biometric leaves features depended on the sowing date. The highest number of leaves produced plants was obtained from sowing on 5 July, at lowest from 25 August and 12 April. It was observed that delaing of sowing date from 25 August to 17 November increased the mean number of leaves produced by plant (Tab. 2). Petropoulos et al. (2008) proved that time of sowing affected the number of leaves produced by plant, but Błażewicz-Wozniak (1997)

considers that it had no effect. There were no differences in the number of leaves of studied parsley cultivars (Tab. 2). These results confirm those obtained by Błażewicz-Wozniak (1999a). The lowest leaves length was recorded in plants from seed sowed on 5 July (20.8 cm), it was more than two times smaller than from the other sowing dates (from 45.2 to 51.0 cm) (Tab. 1). According to Petropoulos et al. (2006) the length of the parsley leaves depends on the date of sowing. However, BłażewiczWozniak (1997) found, that only in the initial period of growth sowing date affected the length

128

Modern Phytomorphology 3 (2013)

of the leaves. Petropoulos et al. (2006) and Gruszecki (2006, 2007b) showed that length of the leaves varied with cultivars. Between cultivars, no significant differences in leaves length were observed (Tab. 2). Plants that wintered in at least advanced growing stages (15 September), or sowed in late autumn (17 November, and sprouted in the spring) produced the highest leaves weight. Plants grown from seed sowed on 5 July, 25 August and 12 April had the smallest weight of leaves. Petropoulos et al. (2006, 2008b) found, that mean weight of plant leaves depended on the sowing date. Błażewicz‑Wozniak (1997) did not confirm this. Mean weight of leaves was not affected by sowing date (Tab. 2). Błażewicz-Wozniak (1999) also not found the relationship between cultivar and the mean weight of the leaves, as opposed to Petropoulos et al. (2006) and Gruszecki (2006, 2007b) whose found such relationships. Hochmuth et al. (1999) evaluated the root/ shoot ratio as an indicator of root productivity. The lowest root/shoot weight ratio was found in the plants of the least advanced growth stage before winter (15 September), followed by those from seed sowed on 5 September and 17 November. The highest root/shoot weight ratio was found in plants obtained from seed sowed on 5 July and 12 April – the first and last of the analyzed sowing dates. The hight root/shoot weight ratio was found in plants of ‘Berlińska PNE’. Hochmuth et al. (1999) found that root/shoot ratio (dry-matter basis) was affected by carrot sowing date and cultivar. Conclusions Plants harvested at the same growth stage can vary in biometric features of roots and leaves. The sowing in the year preceding harvest effected on the forming of shorter roots of lower coefficient of shape. Depending on the sowing date, plants that produced roots in a similar diameter, differed in the number, length and weight of leaves and root/shoot weight ratio.

References Bąkowski J., Michalik H., Umięcka L. 1993. Wpływ odmiany i terminu siewu na przydatność pietruszki korzeniowej do mrożenia. Biul. Warz. 40: 125–133. Błażewicz-Woźniak M. 1997. Wpływ czynników agrotechnicznych na wschody, wzrost i plonowanie pietruszki korzeniowej, uprawianej na glebie zlewnej o nietrwałej strukturze. Część II. Wzrost i plon liści. Ann. UMCS Sect. EEE, Horticultura 5: 117–127. Błażewicz-Woźniak M. 1998. Wpływ czynników agrotechnicznych na wschody, wzrost i plonowanie pietruszki korzeniowej, uprawianej na glebie zlewnej o nietrwałej strukturze. Część IV. Cechy jakościowe korzeni. Ann. UMCS Sect. EEE, Horticultura 6: 89–102. Błażewicz-Woźniak M. 1999a. Dynamika wzrostu liści pietruszki w zależności od głębokości siewu i obsady roślin. Hodowla roślin ogrodniczych u progu XXI wieku (mat. VIII Ogóln. Zjazdu Hod. Roślin Ogrod., Lublin, 4-5 luty 1999): 51–54. Błażewicz-Woźniak M. 1999b. Porównanie niektórych cech jakościowych korzeni dwóch odmian pietruszki w zależności od głębokości siewu nasion i obsady roślin w rzędzie. Hodowla roślin ogrodniczych u progu XXI wieku (mat. VIII Ogóln. Zjazdu Hod. Roślin Ogrod., Lublin, 4-5 luty 1999): 55–59. Błażewicz-Woźniak M. 2003. Zmiany kształtu korzeni pietruszki pod wpływem uprawy zerowej i mulczów roślinnych. Acta Agrobot. 2 (3): 489–497. Dowker B.D., Jackson J.C. 1977. Variation studies in carrot as an aid to breeding. V. The effects of environments within a site on the performance of carrot cultivars. J. Hort. Sci. 52: 299–307. Gruszecki R. 2006. Ocena wybranych cech biometrycznych kilku odmian pietruszki korzeniowej uprawianej z siewu późnojesiennego. Folia Hort. Supl. 1: 156–160. Gruszecki R. 2007a. Wpływ odmiany na wielkość i jakość plonu pietruszki korzeniowej (Petroselinum crispum (Mill.) Nyman ex A.W. Hill var. tuberosum (Bernh) Mart. Crov.). Część I. Plon korzeni. Ann. UMCS Sect. EEE, Horticultura 17: 27–34. Gruszecki R. 2007b. Wpływ odmiany na wielkość i jakość plonu pietruszki korzeniowej (Petroselinum crispum (Mill.) Nyman ex A.W. Hill var. tuberosum (Bernh) Mart. Crov.). Część II. Plon liści. Ann. UMCS, Sect. EEE, Horticultura 17: 35–40. Hochmuth G.J., Brecht J.K., Bassett M.J. 1999. Nitrogen fertilization to maximize carrot yield and quality on a sandy soil. HortSci. 34 (4): 641–645. Pantielev J.Ch., Kamnina T.N. 1983. Rozrabotka nikotorych elementov novej technologii vyrascivanija zeleni petruski i selidereja. Dok. Ves. Akad. Sel-choz. Nauk. 8: 22–24.

Gruszecki R., Sałata A. Effect of sowing date on biometry of Hamburg parsley Petropoulos S.A., Akoumianakis C.A., Passam H.C. 2005. Effect of sowing date and cultivar on yield and quality of turnip-rooted parsley (Petroselinum crispum ssp tuberosum). J. Food Agric. Environ. 3 (2): 205–207. Petropoulos S.A., Akoumianakis C.A., Passam H.C. 2006. Evaluation of turnip-rooted parsley (Petroselinum crispum ssp. tuberosum) for root and foliage production under a warm, Mediterranean climate. Sci. Hort. 109 (3): 282–287.

129

Petropoulos S.A., Olympios C.M., Passam H.C. 2008. The effect of nitrogen fertilization on plant growth and the nitrate content of leaves and roots of parsley in the Mediterranean region. Sci. Hort. 118: 255–259. PN-R-75370. 1996. Pietruszka korzeniowa. Pokluda R. 2003. Comparison of selected characteristics of root parsley (Petroselinum crispum conv. radicosum (Alef.) Danert) cultivars. HortSci. (Prague) 30 (2): 67–72.

Modern Phytomorphology 3: 131–137, 2013

COMPARISON OF ROOT GROWTH AND MORPHOLOGICAL RESPONSES TO CADMIUM AND NICKEL IN TWO MAIZE CULTIVARS R. Fiala 1, L. Kenderešová 1, D.V. Syshchykov 2, M. Martinka 1, V. Repka 1, J. Pavlovkin 1, M. Čiamporová 1* Abstract. Two maize cultivars ‘Premjia 190 MB’ and ‘Blitz 160 MB’, in their seedling stage were exposed for 3 days to Cd2+ and Ni2+, separately and also jointly, in concentrations that caused significant inhibition but not cessation of root growth. Primary root growth, cell viability, tissue organization and root system morphology of both cultivars were similar under control conditions. Length of primary roots of both cultivars was significantly reduced by Cd and Ni ions and by the joint treatment (Cd+Ni), under which also early reduction of cell viability occurred. Comparing the two metals, Cd and Cd+Ni proved to be more toxic than Ni alone, with the exception of the effects on ‘Blitz 160 MB’ lateral root formation. Comparing the cultivars, ‘Premija190 MB’ seemed to be more sensitive to Cd and Cd+Ni than to Ni in all studied parameters, while the early reduction of cell viability, activity of lateral root formation and root thickness in ‘Blitz 160 MB’ were more sensitive to Cd+Ni and Ni. The studied growth and morphological characteristics of roots suggest that, at least in the stage of 5 to 6-day-old seedlings, the cultivar ‘Blitz 160 MB’ responded more sensitively to experimentally induced heavy metal stress conditions than did the cultivar ‘Premjia 190 MB’. Key words: maize cultivars, cadmium, nickel, root growth, root system, cell viability, quantitative anatomy 1 2

Institute of Botany, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, Bratislava, 845 23, Slovakia; * milada.ciamporova@savba.sk Kryvyi Rig Botanical Garden, NAS of Ukraine, 50, Marshaka str., Kryvyi Rig, 50089, Ukraine, 2007dmitry@rambler.ru

Introduction Heavy metals (Ni and Cd) uptake, distribution and accumulation in plants as well as their effects on physiological and morphological traits have been summarized in several recent reviews (Seregin et al. 2008; Hasan et al. 2009; Lux et al. 2011; Gallegoa et al. 2012). There is no evidence for Cd acting as a mineral nutrient, whereas Ni stimulates seed germination and plant growth (Bollard 1983), and also plays an important role in nitrogen metabolism. Therefore it is considered to be an essential nutrient for plants (Marschner 1995; Gerendás 1999). Though beneficial (Ni) or harmless (Cd) at low concentrations, both elements induce phytotoxic effects at concentrations higher than the tolerance threshold of the different plant species, since they are taken up through metal transporters with low specificity (Rogers et al. 2000; Clemens et al. 2002; Sanz et al. 2009). Many physiological processes are impaired by Cd and © The Author(s), 2013

by excess Ni resulting not only in common but also in specific symptoms of metal toxicity (Foy et al. 1978; Sun & Wu 1998; Sanità di Toppi & Gabbrielli 1999; Seregin & Kozhevnikova 2006; Chen et al. 2009). Maize plants although belonging to excluders, are able to take up and accumulate Cd and Ni. Their response to elevated concentrations of these metals results among others in growth reduction and modification of tissue organization and differentiation in maize roots (Lux et al. 2011). The aim of this work was to demonstrate the responses of primary root growth, cell viability, tissue organization and root system morphology of two commercially available maize cultivars and to compare their sensitivity to increased concentrations of cadmium and nickel acting separately as well as together. Material and methods Two maize cultivars, ‘Premija 190 MB’ and ‘Blitz 160 MB’ differing in environmental stress

132

Modern Phytomorphology 3 (2013)

tolerance, yield and productivity were used (http://maize.com.ua/catalog). Seedlings (2 to 3-day-old) with primary root length from 1 to 2 cm were exposed to aerated hydroponic treatments of distilled water (control), or 2µM concentrations of either Cd2+, or Ni2+ sulphate salts or their combination (hereinafter referred as Cd, Ni, or Cd+Ni) for 3 days at laboratory conditions. Control and heavy metal solutions pH was adjusted to 5.8. Primary and lateral root lengths as well as cross section areas of root tissues were assessed using the imaging software Olympus CellF. Hand made cross sections of primary roots taken at 5 mm distance from the root tip were investigated microscopically (bright field, Axioskop 2 plus, Carl Zeiss) and photographed with digital camera Olympus DP72. Viability of peripheral root cells was assessed following 24h treatments by staining 5 mm apical root segments with the fluorescent dye propidium iodide (PI) excited at 488 nm and detected at 560-660 in confocal laser-scanning microscope Olympus FV1000 (Oh et al. 2010). Data were statistically evaluated with the program Excel software. Results and discussion Under control conditions the studied root growth and morphological parameters of both cultivars were similar: no significant differences were found. Increases in the root lengths revealed that the relatively low concentrations of metal ions caused significant reduction but not cessation of primary root growth in both cultivars (Fig. 1). This agrees with the finding that already 1µM Cd concentration reduced maize seedling root growth by 30% (Široká et al. 2004). The inhibitory effect of Cd was stronger than that of Ni and the growth was most reduced by Cd+Ni in both cultivars. Comparing the response of the two cultivars, primary root growth of ‘Blitz 160 MB’ was more reduced than that of ‘Premija190 MB’. Expressed as the percentage of the control roots, length the roots of ‘Blitz 160 MB’ reached 17.7%, 27.5% and 22.2% following 3 day-exposition to Cd, Ni and Cd+Ni respectively, while the roots of

‘Premija190 MB’ reached 48.8%, 81.0%, and 44.4%. The capability of primary roots to produce lateral roots was higher in the cultivar ‘Blitz 160 MB’ than in ‘Premija190 MB’. After the 3 days of cultivation almost all primary roots of control seedlings (81.5% and 96.7% in ‘Premija190 MB’ and ‘Blitz 160 MB’ respectively) developed at least one lateral root. This percentage decreased under Cd (81.4%), Ni (53.3%) and was the lowest under Cd+Ni treatment (46.7%) in ‘Blitz 160 MB’. In ‘Premija190 MB’ the percentages of primary roots forming lateral ones were significantly lower: 3.4% (Cd), 33.4% (Ni) and 22.8% (Cd+Ni). Also, the lateral root density (expressed as the number of laterals per 1 cm of the primary root length) in ‘Blitz 160 MB’ was higher under heavy metal treatments, particularly Cd (Fig. 2). In contrast, the development of lateral roots in ‘Premija190 MB’ was completely inhibited by Cd and strongly inhibited by Ni or Cd+Ni. However, after 3-day-exposition lateral roots were short and did not contribute substantially to the total root length of the root system that was greater in ‘Premija190 MB’ (data not shown). In the propidium iodide cell viability test, the intact cells of the peripheral root tissues in control plants were characteristic with stained cell walls only (Fig. 3 A), while in non-viable cells with damaged cytoplasmic membrane, also nuclei and cytoplasm were stained. After 24 h treatments almost all cells of the peripheral root tissues revealed drastic effect of Cd+Ni in both cultivars (Fig. 3 B). Interestingly, early damage was not evident in the roots of either of the cultivars exposed to Cd, and the staining was similar to the control. Under Ni treatment the root cell viability was not disturbed in ‘Premija190 MB’ (Fig. 3 C) but a substantial number of cells lost their viability in ‘Blitz 160 MB’ (Fig. 3 D). This would correspond to the higher primary root growth sensitivity in the cultivar ‘Blitz 160 MB’ (Fig. 1). The areas of the primary root cross sections in both cultivars were similar under control conditions (Fig. 4 A). The significant increase of the root area was observed in the Cd-treated

Fiala R., Kenderešová L., Syshchykov D.V., Martinka M., Repka V., Pavlovkin J., Čiamporová M.

133

Fig. 1. Primary root length increases (in mm, average±sd) of seedlings of the cultivars ‘Premjia 190 MB’ (white columns) and ‘Blitz 160 MB’ (gray columns). In Cd+Ni treatment the same 2µM concentrations of Cd2+ and Ni2+ were applied.

Fig. 2. Lateral root density expressed as number of lateral roots per 1 cm (average±sd) of primary root length in ‘Premjia 190 MB’ and ‘Blitz 160 MB’ seedlings after 3-day cultivation in distilled water (control) and metal solutions. In Cd+Ni treatment the same 2µM concentrations of Cd2+ and Ni2+ were applied.

134

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Fig. 3. Detection of viable (with cell wall stained only) and dead cells (with nuclei and cytoplasm stained) in the peripheral tissues of the root tip following 24 h of exposition to heavy metals, with propidium iodide using confocal microscope. A – ‘Premjia 190 MB’, control with all cells viable; B – ‘Blitz 160 MB’, Cd+Ni, with majority of cells damaged (e.g. arrows); C – ‘Premjia 190 MB’, Ni with viable, undamaged cells; D – ‘Blitz 160 MB’, Ni with viable (asterisk) and damaged (arrows) cells. Bar represents 30 µm in all figures.

cultivar ‘Premija190 MB’ (Fig. 4 B) while in ‘Blitz 160 MB’ such increase was induced by Ni and Cd+Ni (Fig. 4 A). The increases of root thickness were due to the adequate enlargements of the areas of root cortex. The areas of other tissues (rhizodermis, central cylinder) remained unchanged under all the heavy metal treatments. Likewise, there was no difference in the number of large metaxylem elements either between the cultivars or between the treatments. Comparing

to the control the total area of all large metaxylem elements in the stele was greater in Cd-treated cultivar ‘Premija190 MB’ while in the cultivar ‘Blitz 160 MB’ the area enlargement was induced by Ni (Fig. 5). Based on the recorded increases of root lengths under control and all three metal stress variants we can assume that the cross sections of the primary roots were taken from the newly formed root tissues that had developed under

Fiala R., Kenderešová L., Syshchykov D.V., Martinka M., Repka V., Pavlovkin J., Čiamporová M.

135

Fig. 4. Quantitative anatomy of primary roots. A – cross section area (in mm2, average±sd) of the whole root and root tissues in the seedlings of the cultivar ‘Premjia 190 MB’ (white columns) and ‘Blitz 160 MB’ (gray columns). In Cd+Ni treatment the same 2µM concentrations of Cd2+ and Ni2+ were applied. B, C – cross sections taken at 5 mm distance from the root tip of the cultivar ‘Premjia 190 MB’ after 3 days of treatment. B – control. C – increased root thickness and cortex area induced by Cd treatment. Bars represent 200 µm.

experimental conditions. Thus the differences in the whole root thickness and cortex area between control and Cd, Ni, or Cd+Ni treatments may be considered as the effects of the metals. Elevated Cd concentrations that do not cause significant necrosis induced several modifications of root anatomy and increased root diameter (Lux et al. 2011). In maize cultivar used by Maksimović et al. (2007) similar effects of Cd on root anatomical structure were more pronounced

than the effect of Ni. With this, only results concerning the cultivar ‘Premija190 MB’ were in accordance, while the root anatomy was more sensitive to Ni and Cd+Ni in the cultivar ‘Blitz 160 MB’, indicating differences between maize genotypes. Generally, the enlargement of cortical tissues is considered to play a role in resistance to radial flows of water and solutes (Maksimović et al. 2007). In conclusion, the maize cultivars

136

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Fig. 5. The sum of cross section areas (average±sd) of the large metaxylem elements in the central cylinder of the cultivar ‘Premjia 190 MB’ (white columns) and ‘Blitz 160 MB’ (gray columns). In Cd+Ni treatment the same 2µM concentrations of Cd2+ and Ni2+ were applied.

‘Premija190 MB’ and ‘Blitz 160 MB’ did not differ in the studied characteristics under control conditions. The Cd and Ni ions and their joint action significantly reduced the elongation growth of primary roots of both cultivars. They had different effects on early responses of the root cell viability, lateral root formation and quantitative proportions of root tissues in the two cultivars. ‘Premija190 B’ seemed to be more sensitive to Cd or Cd+Ni than to Ni in all studied parameters. In comparison with ‘Premija190 MB’, ‘Blitz 160 MB’ responded more sensitively to Cd only in primary root growth, while cell viability, lateral root development and root thickness were more sensitive to Cd+Ni or Ni. The studied growth and morphological characteristics of roots confirmed intraspecific differences in the responses to heavy metal stress conditions. Our data suggest that at least in the stage of 5 to 6-day-old seedlings the cultivar ‘Blitz 160 MB’ responded more sensitively to experimentally induced heavy metal stress conditions than the cultivar ‘Premija190 MB’ did. Acknowledgements This work was supported by Grant Agency VEGA, Project No 2/0023/13 and by the inter-

academic agreement between SAS and UAN, Project No 17. References Bollard E.G. 1983. Involvement of unusual elements in plant growth and nutrition. In: Läuchli A., Bieleski R.L. (eds), Encyclopedia of plant physiology. Berlin: Springer New Series.15B: 695–744. Clemens S., Palmgren M.G., Krämer U. 2002. A long way ahead: understanding and engineering plant metal accumulation. Trends in Plant Sci. 7: 309–315. Chen C. Huang D., Liu J. 2009. Functions and toxicity of nickel in plants: Recent advances and future prospects. Clean 37: 304–313. Foy C.D., Chaney R.L., White M.C. 1978. The physiology of metal toxicity in plants. Annu. Rev. Plant Physiol. 29: 511–566. Gallegoa S.M., Penaa L.B., Barciaa R.A., Azpilicuetaa C.E., Iannonea M.F., Rosalesa E.P., Zawoznika M.S., Groppaa M.D., Benavidesa M.P. 2012. Unraveling cadmium toxicity and tolerance in plants: Insight into regulatory mechanisms. Env. Exp. Bot. 83: 33–46. Gerendás J., Polacco J.C., Freyermuth S.K., Sattelmacher B. 1999. Significance of nickel for plant growth and metabolism. J. Plant Nutr. Soil Sci. 162: 241–256. Hasan S.A., Fariduddin Q., Ali B., Hayat S., Ahmad A. 2009. Cadmium: Toxicity and tolerance in plants. J. Environ. Biol. 30: 165-174.

Fiala R., Kenderešová L., Syshchykov D.V., Martinka M., Repka V., Pavlovkin J., Čiamporová M. Lux A., Martinka M., Vaculík M., White P.J. 2011. Root responses to cadmium in the rhizosphere: a review. J. Exp. Bot. 62: 21–37. Maksimović I., Kastori R., Krstić L., Luković J. 2007. Steady presence of cadmium and nickel affects root anatomy, accumulation and distribution of essential ions in maize seedlings. Biol. Plant. 51: 589– 592. Marschner H. 1995. Mineral nutrition of higher plants. 2nd ed. Academic Press, London. Oh D., Lee S.Y., Bressan R.A., Yun D., Bohnert H.J. 2010. Intracellular consequences of SOS1 deﬁciency during salt stress. J. Exp. Bot. 61: 1205–1213. Rogers E.E., Eide D.J., Guerinot M.L. 2000. Altered selectivity in an Arabidopsis metal transporter. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97: 12356–12360. Sanità di Toppi L., Gabbrielli R. 1999. Response to cadmium in higher plants. Env. Exp. Bot. 41: 105–130.

137

Sanz A., Llamas A., Ullrich C.I. 2009. Distinctive phytotoxic effects of Cd and Ni on membrane functionality. Plant Signaling & Behavior 4: 980–982. Seregin I.V., Kozhevnikova A.D. 2006. Physiological role of nickel and its toxic effects on higher plants. Russ. J. Plant Physiol. 53: 257–277. Seregin I.V., Kozhevnikova A.D. 2008. Roles of root and shoot tissues in transport and accumulation of cadmium, lead, nickel, and strontium. Russ. J. of Plant Physiol. 55: 1–22. Sun E.J., Wu F.Y. 1998. Along-vein necrosis as indicator symptom on water spinach caused by nickel in water culture. Bot. Bull. Acad. Sin. 39: 255–259. Široká B., Huttová J., Tamás L., Šimonovičová M., Mistrík I. 2004. Effect of cadmium on hydrolytic enzymes in maize root and coleoptiles. Biologia, Bratislava 59: 513-517.

Modern Phytomorphology 3: 139–145, 2013

УДК 581.4: 582.951.64

МОДУЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ И ЕЕ ПОСЛЕДСТВИЯ Наталья Савиных Аннотация. Формирование в структуре цветкового растения трех категорий модулей (элементарного, универсального и основного) обеспечивает им следующие преимущества: 1) широкий спектр элементов для построения тела; 2) высокую степень автономизации частей – универсальных и основных модулей; 3) возможность существования в виде монокарпиков-однолетников и поликарпиков-однолетников вегетативного происхождения; 4) интеграцию особей и их частей в среду; 5) успешное существование в конкретных не всегда оптимальных условиях обитания. Ключевые слова: модуль, элементарный модуль, универсальный модуль, основной модуль, основная биоморфа, монокарпики, поликарпики, однолетники вегетативного происхождения, поливариантность развития Вятский государственный гуманитарный университет, естественно-географический факультет, кафедра биологии, ул. Ленина 198, г. Киров, 610007, Россия; botany@vshu.kirov.ru

Растения из-за своей относительной неподвижности в пространстве способны неограниченно расти с регулярным обновлением однотипных структур и утратой старых отмирающих частей. Как известно, в ходе адаптивной эволюции наибольшими преимуществами обладают организмы, имеющие в составе своего тела большее число однотипных элементов. У растений, как модульных организмов, такие элементы представлены отдельными метамерами в составе побегов и их систем: ветви от ствола, парциальные кусты, побеги формирования, стволики кустарников и т.д. (Савиных и Бобров 2008). Мы (Савиных и Мальцева 2008) оценили многообразие структурных элементов тела цветкового растения – модулей с позиции философских категорий «сущность» и «явление». Сущность модуля определяется временем и способом его формирования, явление – структурой, которой он представлен. Модули как структуры очень разнообразны. При этом их можно сгруппировать в систему соподчиненных элементов определенного ранга. Ранг системы мы и определяем через «модуль» как категорию – таксономическую единицу © The Author(s), 2013

в иерархии структурных элементов тела растения. Элементарный модуль (ЭМ), какого бы он ни был строения, – структурный элемент универсального модуля – УМ (видоспецифичного в свою очередь); совокупность универсальных модулей формирует основной модуль (ОМ). Поэтому считаем, что категорий модулей у цветковых растений всего 3: элементарный, универсальный и основной. Конкретных проявлений каждой категории модулей у цветковых растений множество. Модуль как категория подобен таксону в систематике организмов и по сущности, и по содержанию. Типы модулей в структуре растения заложены генетически. Поэтому они как структурные элементы тела растения определяют морфологический критерий вида, его видоспецифичность. Последовательность формирования модулей в морфогенезе (на уровне органов – побегов) и в онтогенезе (на уровне целой особи) также определены генетически. Однако число их регулируется как внутренними, так и внешними факторами. Внутренние факторы определяют тип, в основном элементарного и универсального, модулей в онтогенезе растения. На начальных этапах развития, в прегенеративный период,

140 формируются лишь вегетативные модули. ЭМ в это время различаются по типу листьев (семядоли, листья так называемого ювенильного типа, листья срединной формации и т.п.) и длине междоузлий. Число УМ изменяется от одного в начале прегенеративного периода, обычно до нескольких – в конце этой стадии онтогенеза. И только по достижении ассимилирующей поверхностью площади, достаточной для успешной репродукции, у растений формируются вегетативно-генеративные или генеративные и элементарные, и универсальные модули. То же проявляется и в развитии вегетативно-генеративных УМ: части цветка и соцветия не сформируются раньше элементарных модулей с листьями срединной формации. Внешние факторы регулируют тип и число модулей: в определенных условиях формируются те модули, которые обеспечат растению существование в данный момент, и столько, сколько в этих условиях возможно быть. Это, на наш взгляд, является онтогенетической основой наличия и в полном смысле обеспечивает морфологическую поливариантность развития (Савиных 2006б, 2007б). Взаимное влияние внешних и внутренних факторов через формирование разных типов модулей, особенно вегетативных и вегетативно-генеративных, реализуется в поливариантности темпов развития, разном ходе онтогенеза: полный, сокращенный, обрывающийся (терм. по: Жукова 1995) у особей одного вида и обеспечивают им существование в конкретных условиях среды. В ходе приспособительной эволюции более всего способны к изменениям отдельные метамеры и их части – ЭМ: лист, стебель (междоузлие и узел) и почка. Это прекрасно проиллюстрировано в известной статье Т.И. Серебряковой (1983) о метаморфозах у растений. Спектр элементарных модулей у цветковых растений чрезвычайно разнообразен: междоузлия могут быть длинными и короткими, тонкими и утолщенными, иногда – значительно, разными по длительности жизни; листья

Modern Phytomorphology 3 (2013) варьируют от типичных для вида листьев срединной формации до катафиллов и других переходных форм, брактей и даже полностью редуцируются; боковые структуры также различны: почки – не только по числу метамеров в их составе, наличию покровов, составу, но и по длительности периода покоя; или развившиеся из них, как силлептические, боковые побеги (соцветия или вегетативные), цветки. На основании обобщения данных и анализе строения отдельных побегов, особенно у трав, сформировалось представление о монокарпических побегах, как однажды цветущих и дифференцированных на структурнофункциональные зоны (Серебряков 1952; Troll 1964). Показано, что эти УМ можно признать наивысшей формой специализации структурных элементов у трав (Савиных1981; Savinykh 2003). W. Troll (1964 и др.) описал структурнофункциональные зоны в строении монокарпических побегов: возобновления, средняя торможения, обогащения и главного соцветия. Позднее Л.С. Мусина (1976) определила базальный участок геофильной части монокарпического побега до зоны возобновления, за счет которого растение занимает пространство, как нижнюю зону торможения, а И.В. Борисова и Г.А. Попова (1990) отметили еще и верхнюю зону торможения (часть побега между зоной обогащения и главным соцветием). У побегов некоторых растений (Veronica gentianoides Vahl.) выделяется скрытогенеративная зона – участок побега с неразвившимися соцветиями (Савиных 1998, 2006а). Очевидно, что, не обладая модульной организацией с обусловленным ею формированием в течение жизни большого числа однотипных элементов, цветковые растения вряд ли смогли бы иметь такой спектр структурных элементов в составе своего тела. Монокарпические побеги трав обладают высокой степенью автономности. Независимость отдельных модулей, как

Савиных Н. Модульная организация цветковых растений и ее последствия справедливо показано Н.Н. Марфениным (1999), является важнейшим экологическим следствием модульной организации у животных. Монокарпические побеги со своей собственной поверхностью воздушного и почвенного питания, репродуктивной сферой обеспечивают основные функции живого (обмен веществ и саморепликацию), а также самоподдержание организма в целом в виде запаса веществ в геофильных частях побегов и ежегодного возобновления растений после периода покоя за счет почек зоны возобновления. Даже в том случае, когда побеговые системы формируются из ди- и олигокарпических, обычно плагиотропных у трав, побегов, а большая часть последних является конструктивной и входит в состав многолетнего тела растения, им свойственна структурно-функциональная зональность, как у Veronica officinalis L. (Савиных 1978, 2006а). Очевидно, что и эта важнейшая адаптация растений – автономность составляющих биоморфу элементов – смогла возникнуть благодаря модульной организации этих организмов. В структуре растения закономерно повторяются и более сложные, чем УМ, элементы – основные модули. Как справедливо указывали М. Бигон, Дж. Харпер и К. Таунсенд (1989), для того, чтобы понять развитие организма, необходимо познать рождение и смерть каждого модуля. Развитие ОМ, как и развитие отдельного побега (УМ), проходит в определенной последовательности – по собственной программе развития, которую у травянистых многолетников мы определили как архитектурную модель. На сегодняшний день можно, на мой взгляд, по строению основного модуля и числу их в структуре основной биоморфы – строению растения в зрелом генеративном онтогенетическом состоянии обозначить следующие архитектурные модели (АМ)1 у трав (Савиных 2012): АМ 1: Основной модуль (ОМ) один. Модель побегообразования (МП) – симподиальная длиннопобеговая, симподиальная полурозеточная, моноподиальная розеточная. Это 1

Склонна пока называть их по номерам – 1, 2, 3 и т.д.

141

стержнекорневые и плотнокустовые травы. Основные модули чаще сменяются в онтогенезе особи. Именно они формируются на основе главной оси последовательно в ходе онтоморфогенеза. В зависимости от строения основного модуля можно выделить следующие АМ. АМ 2: ОМ – парциальный куст с геофильным участком формирующего этот куст исходного побега (в составе особи – коммуникационное корневище). МП преимущественно длиннопобеговая симподиальная. По этой АМ формируются многие длиннокорневищные травы. АМ 3: ОМ – симподий-монохазий из розеточных побегов. МП симподиальная розеточная. Биоморфы высокогорных стелющихся трав. АМ 4: ОМ – симподий-монохазий из удлиненных побегов с геофильными участками. Биоморфы длиннокорневищных растений, корневища гипогеогенные. АМ 5: ОМ – моноподиальная побеговая система. МП – моноподиальная длиннопобеговая плагиотропная. Биоморфа – стелющиеся и ползучие растения с интеркалярными соцветиями. АМ 6: ОМ – моноподий со специализированными вегетативногенеративными побегами. МП моноподиальная длиннопобеговая со специализированными вегетативногенеративными побегами. Биоморфа – длиннокорневищные растения с гипогеогенными корневищами АМ 7: ОМ – симподий-монохазий из полурозеточных побегов. МП симподиальная полурозеточная. Биоморфа – короткокорневищные и каудексовые растения. Таким образом, автономность проявляется и на уровне более сложных побеговых систем.

142 Это свойственно вегетативно подвижным многолетним растениям и особенно водным и прибрежно-водным травам – поликарпикам, однолетникам или многолетникам вегетативного происхождения (Петухова и Савиных 2006, 2007; Савиных и др. 2012; Шабалкина и Савиных 2012 и др.). Ранняя морфологическая дезинтеграция при высокой степени специализации диаспор обеспечивает таким растениям практическое бессмертие. Анализ модульной организации травянистых и древесных растений показал, что спектр ЭМ у травянистых растений шире, чем у древесных. Но у древесных биоморф шире спектр универсальных модулей. Так, в строении побеговых систем княжика сибирского – Atragene sibirica L. описано 14 вариантов побегов – УМ (Кузнецова 2007; Кузнецова и Савиных 2007). В результате реализации внутренней биологической информации (генетически запрограммированной программы развития УМ и ОМ) в конкретных условиях среды в каждом отдельном случае образуется столько и таких (в количественном отношении) модулей всех категорий, сколько в этих условиях возможно быть. Это определяет поливариантность развития особей в понимании Л.А. Жуковой (Жукова 1995; Савиных 2012 и др.), что позволяет растению наилучшим способом освоить среду и успешно существовать в данных, не всегда оптимальных условиях. Это свойство растений также обусловлено модульной организацией. Обсуждение исходной жизненной формы цветковых растений с позиции модульной организации позволило нам сделать следующие заключения (Савиных 2007а). Многие ботаники характеризуют дерево как высокое растение с одним стволом, кроной, четко отграниченными репродуктивными структурами, а траву – как ежегодно возобновляющуюся после периода покоя с недолго живущими надземными побегами. Не развеяли эти образы даже описания 24 архитектурных моделей тропических деревьев (Hallé et al. 1978), биоморфы

Modern Phytomorphology 3 (2013) «многоствольное дерево» (Чистякова 1978, 1979), моделей побегообразования и их вариантов у трав (Серебрякова 1977, 1987 и др.; Савиных 2012), признание генетической программы формирования побеговых систем. Сравнение последних у разных биоморф с позиций модульной организации и системного подхода показало: 1. И древесные, и травянистые растения образованы сходными структурными элементами: 1.1. ЭМ у цветковых растений однотипны. 1.2. У многих древесных биоморф, ползучих многолетних трав и длиннопобеговых однолетников вегетативного происхождения УМ – недифференцированные на зоны олигоциклические побеги с интеркалярными соцветиями. Все вегетативные части и оси соцветий конструктивны. Сезонны лишь парциальные соцветия. ОМ – системы побегов 3-4-х порядков ветвления. С позиции представлений о генеративизации (Хохряков и Мазуренко 1996) – это 1 биоморфотип. 1.3. У УМ ряда деревьев, побегов ветвления кустарников, ортотропных и анизотропных побегов наземных сезонных трав ЭМ появляются в генетически запрограммированной последовательности, формируя монокарпический побег. Степень генеративизации таких древесных растений также невелика, у трав она выше из-за вовлечения большой части УМ в репродукцию. Первые по-прежнему относятся к 1 биоморфотипу, последние – к 3: исчезающепульсирующие растения с конструктивными небольшими базальными участками побегов. На основе этого УМ – монокарпического побега – возможно появление принципиально новых ОМ: парциальных кустов и др., повидимому, гомологичных ОМ растений первого биоморфотипа. Иногда они значительно удалены друг от друга, что обеспечивает вегетативное разрастание, а при морфологической дезинтеграции – и вегетативное размножение. Еще более эта тенденция проявляется у гидрофитов,

Савиных Н. Модульная организация цветковых растений и ее последствия особенно столонно-розеточных однолетников вегетативного происхождения (Петухова и Савиных 2006), ОМ которых также обладает всеми свойствами целого растения. 1.4. Древесные растения, многолетние травы по числу ОМ – организмы мультимодульные, однолетники вегетативного происхождения – мульти- и мономодульные, монокарпики – мономодульные. 2. Накопление модулей на одной оси у взрослого растения приводит к противоречию между необходимостью и способностью нарастания. Разрешение его возможно несколькими путями: 2.1. Отмирание с верхушки и образование побеговых систем из спящих почек. 2.2. Сочетание разных способов нарастания главной и боковых осей (некоторые тропические деревья и моноподиально-розеточные травы), увеличивающее объем кроны деревьев и вегетативное разрастание трав. 2.3. Распад системы с последующим ее воспроизведением путем накопления УМ без значительных структурных перестроек последних у растений с плагиотропными побегами. Такая система способна к бесконечному существованию из-за изменения внутренних взаимодействий ее элементов с одновременным приближением питающих органов (корней) к меристеме побега. 2.4. Последовательное воспроизведение элементов системы путем закономерного образования ОМ из спящих почек (кустарники, полукустарники, кустарнички, полукустарнички). 2.5. Качественные изменения элементов системы и создание на этой основе принципиально нового целого – МК. Специализация частей УМ сопровождается разнообразными его изменениями, поливариантностью, преобразованием всего целого с появлением новых ОМ у многочисленных биоморф наземных, водных и прибрежно-водных травянистых поликарпиков.

143

Поэтому, характеризуя исходную биоморфу цветковых растений следует, по-видимому, оценивать, прежде всего, побегообразование. Исходное растение было, без сомнения, метамерным. Спектр ЭМ его вряд ли отличался от такового у современных цветковых. УМ нарастали моноподиально, и, в связи с этим, большая часть их была конструктивной. Назвать этот тип побегообразования с учетом преимущественного представления подобных побеговых систем у современных покрытосеменных иначе как древесным, вряд ли, возможно, хотя подобные структурные элементы есть и у отдельных трав. На какой стадии остановился процесс накопления УМ и ОМ у исходной формы, сказать трудно, но, если у этого растения побеги были ортотропными, вряд ли оно было не древесным растением по стратегии своего роста. По-видимому, формирование в структуре цветковых растений трех категорий модулей обеспечило им наибольшие преимущества в распространении по всем средам жизни, поскольку в ходе приспособительной эволюции сформировался обширный спектр элементарных структур для формирования тела; повысилась автономность отдельных модулей, стало возможным существование растений в виде монокарпиков-однолетников и поликарпиков – однолетников вегетативного происхождения из-за выполнения функций целого организма его частью; успешное существование растений в конкретных, не всегда оптимальных условиях за счет поливариантности развития. Эволюционные изменения биоморф также были обусловлены этими преимуществами и играли определенную роль в этих процессах. Цитируемые источники Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. 1989. Экология: особи, популяции и сообщества. Т. 1. Мир, Москва. Борисова И.В., Попова Г.А. 1990. Разнообразие функционально-зональной структуры побегов многолетних трав. Ботан. журн. 75 (10): 1420– 1426.

144 Жукова Л.А. 1995. Популяционная жизнь луговых растений. Ланар, Йошкар-Ола. Кузнецова С.Б. 2007. Биоморфология княжика сибирского – Atragene sibirica L. (сем. Ranunculaceae). Дисс. … канд. биол. наук. Сыктывкар. Кузнецова С.Б., Савиных Н.П. 2007. Система побега ветвления княжика сибирского (Atragene sibirica L.). Вестник Саратовского Госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова 1: 38–42. Марфенин Н.Н. 1999. Концепция модульной организации в развитии. Журн. общ. биол. 60 (1): 6–17. Мусина Л.С. 1976. Побегообразование и становление жизненных форм некоторых розеткообразующих трав. Бюл. МОИП. Отд. биол. 81 (6): 123–132. Петухова Д.Ю., Савиных Н.П. 2006. Строение генеративных особей Hydrocharis morsus-ranae L. (сем. Hydrocharitaceae L.). Гидроботаника 2005 (Мат-лы VI Всероссийской школы-конференции по водным макрофитам, Борок, 11-16 октября 2005 г.): 334–336. Петухова Д.Ю., Савиных Н.П. 2007. Специфика столонно-розеточных гидрофитов на примере Stratiotes aloides L. (сем. Hydrocharitaceae). Вестник Саратовского Госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова 1: 55–58. Савиных Н.П. 1978. Побегообразование и большой жизненный цикл Veronica officinalis L. Бюл. МОИП. Отд. биол. 83 (4): 123–133. Савиных Н.П. 1981. Эволюционные преобразования побеговых систем при формировании трав сезонного климата (на примере секции Veronica рода Veronica L.). Бюл. МОИП. Отд. биол. 86 (5): 89–98. Савиных Н.П. 1998. Розеточные травы в роде Veronica L. (Scrophulariaceae) и их происхождение. Бюл. МОИП. Отд. биол. 103 (3): 34–41. Савиных Н.П. 2006а. Род Вероника: морфология и эволюция жизненных форм. Изд-во ВятГГУ, Киров. Савиных Н.П. 2006б. Поливариантность развития растений как следствие модульной организации. В кн.: Воскресенская О.Л. (ред.), Поливариантность развития организмов, популяций и сообществ: 43–51. Изд-во МарГУ, Йошкар-Ола. Савиных Н.П. 2007а. О модульной организации и исходной жизненной форме цветковых растений. Материалы конференции по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения Карла Линнея: 209–211. Савиных Н.П. 2007б. Модульная организация растений. В кн.: Жукова Л.А. (ред.), Онтогенетический атлас растений. Т. 5: 15–34. Изд‑во МарГУ, Йошкар-Ола.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Савиных Н.П., Бобров Ю.А. (ред.). 2008. Современные подходы к описанию структуры растения. Изд-во ВятГГУ, Киров. Савиных Н.П., Мальцева Т.А. 2008. Модуль у растений как структура и категория. Вестник Тверского государственного университета. Серия Биология и экология 9: 227–234. Савиных Н.П. (ред.). 2012. Актуальные проблемы современной биоморфологии (Мат-лы II Всероссийского с международным участием школысеминара, Киров, 3–6 мая 2012 г.). Изд-во ВятГГУ, Киров. Савиных Н.П., Дегтерева О.П., Журавлева И.А., Чупракова Е.И., Шабалкина С.В. 2012. Структурная поливариантность растений с позиции модульной организации. Mod. Phytomorphol. 1: 37–41. Серебряков И.Г. 1952. Морфология вегетативных органов высших растений. Сов. Наука, Москва. Серебрякова Т.И. 1977. Об основных травянистых «архитектурных моделях» многолетников и модусах их преобразований. Бюл. МОИП. Отд. биол. 82 (2): 112–128. Серебрякова Т.И. 1983. Метаморфоз растений: онтогенетический и эволюционный аспекты. Бюл. МОИП. Отд. биол. 89: 94–102. Серебрякова Т.И. 1987. О вариантах моделей побегообразования у многолетних трав. В кн.: Серебрякова Т.И. и др. (ред.), Морфогенез и ритмы развития высших растений: 3–19. Изд-во МГПИ, Москва. Хохряков А.П., Мазуренко М.Т. 1996. Генеративизация как один из путей эволюции высших растений. Материалы IX Московского совещания по филогении растений: 148–151. Чистякова А.А. 1978. О жизненной форме и вегетативном разрастании липы сердцевидной. Бюлл. МОИП. Отд. биол. 83 (2): 129–138. Чистякова А.А. 1979. Большой жизненный цикл Tilia cordata Mill. Бюлл. МОИП. Отд. биол. 84 (1): 11–17. Шабалкина С.В., Савиных Н.П. 2012. Биоморфология Rorippa amphibia (Brassicaceae). Растительные ресурсы 48 (3): 315–325. Hallé F., Oldeman R. A. A., Tomlinson P. B. 1978. Tropical trees and forests: An architectural analysis. Springer, Berlin. Savinykh N. 2003. Biomorphology of veronicas of Russia and neighbouring states. Wulfenia 10: 73–102. Troll W. 1964. Die Infloreszenzen. B. 1. Gustav Fischer Verlag, Jena.

Савиных Н. Модульная организация цветковых растений и ее последствия

145

MODULAR ORGANIZATION OF FLOWERING PLANTS AND ITS CONSEQUENCE Natalya Savinykh Abstract. Three categories of modules (elementary, universal and essential) development in the flowering plant give them the following advantages: 1) wide range of elements for the body construction; 2) a high degree of autonomy of parts – universal and essential modules; 3) possibility of the existence in the form of monocarpic annual plants and policarpic annual plants of vegetative origin; 4) integration of individuals and their parts in the environment; 5) successful existence in specific not always optimal habitat conditions. Key words: module; elementary module; universal module, essential module, the main biomorphe, monocarpic plants, policarpic plants, annual plants of vegetative origin, multivariability of development Vyatka State University of Humanities, Natural geography faculty, Department of Biology, 198 Lenin str., Kirov, 610007, Russia; botany@vshu.kirov.ru

Modern Phytomorphology 3: 147–152, 2013

УДК 581.4: 582.951.64

ЦВЕТОРАСПОЛОЖЕНИЕ SOLANUM DULCAMARA L. (SOLANACEAE) Ирина Журавлёва Аннотация. Изучена морфология соцветия Solanum dulcamara. Установлено псевдолатеральное положение соцветия относительно тела растения, выявлено отсутствие брактей и симподиальный тип нарастания ветвей. С позиций В. Тролля соцветие паслёна охарактеризовано как полителическая синфлоресценция – сложный дихазий. Ключевые слова: Solanum dulcamara, соцветие, дихазий, эбрактеозное соцветие, боковая ось, синфлоресценция, полителическая синфлоресценция Вятский государственный гуманитарный университет, естественно-географический факультет, кафедра биологии, ул. Ленина, 198, г. Киров, 610007, Россия; S-dulcamara@yandex.ru

Введение Впервые термин соцветие (inflorescentia) применил К. Линней в «Philosophia botanica» (Linnaei 1783), под которым подразумевал определённую закономерность расположения цветоносных осей друг относительно друга и на растении в целом, то есть особенность цветорасположения. Именно тогда и возникли названия основных типов соцветий – колос, корзинка, щиток, початок и другие. Долгое время большинство морфологов считало соцветием совокупность цветков, которые не отделены друг от друга листьями в собственном смысле слова. Именно это способствовало пониманию олиственных соцветий как цветущих побегов с одиночными верхушечными или пазушными цветками (Имс 1964). Поскольку цветки именовались одиночными, особо эти системы не изучали. За последние годы вопрос о границах соцветия в значительной степени пересмотрен, особенно в связи с исследованиями Вильгельма Тролля, который трактовал соцветия как «систему побегов, несущую цветки и соответствующим образом модифицированную» (Troll 1964). Позднее Т.В. Кузнецова выделила три основных подхода к проблеме анализа соцветий: © The Author(s), 2013

физиономический, ритмологический и типологический (Кузнецова и др. 1992). Последний с 80-х лет прошлого столетия интенсивно разрабатывается морфологами разных стран (Weberling 1981). Большинство ботаников согласны с тем, что в пределах соцветия могут располагаться листья срединной формации, особенно в конкретных таксонах (Кондорская 1983). Однако морфология соцветий попрежнему представляет собой чрезвычайно сложную область ботанической морфологии. Цель данного исследования – изучить морфологию соцветий Solanum dulcamara L. (сем. Solanaceae Juss., подрод Solanum, секция Dulcamara (Dun.) Bitter.). Материалы и методы исследований S. dulcamara (паслён сладко-горький) в зависимости от условий произрастания существует в виде лиановидного или стелющегося полукустарника. Естественный ареал охватывает всю Европу и часть Западной Сибири; как заносное он встречается в Предкавказье, Средней Азии и Северной Америке, где местами натурализовался (Пояркова 1981). Растение предпочитает влажные места: берега водоёмов, морские побережья, болота,

148

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Рис. 1. Структура особи Solanum dulcamara: 1 – побег прошлого года; 2 – побег текущего года; 3 – соцветие; 4 – лист с пазушной почкой; 5 – отмерший лист с пазушной почкой; 6 – придаточные корни; 7 – уровень почвы. Fig. 1. Structure of Solanum dulcamara individual: 1 – shoot of the last year; 2 – shoot of the current year; 3 – inflorescence; 4 – leaf with axillary bud; 5 – dead leaf with axillary bud; 6 – adventitious roots; 7 – the ground level.

сырые места в степи, также благоприятными оказываются леса разных типов и закустаренные степные склоны. Исследование основано на изучении материалов собственных сборов в Кировской (2009-2012 гг.) и Ярославской (2010‑2011 гг.) областях, анализе фондов гербарной коллекции ВятГГУ и гербариев LE, MHA, SYKO, IBIW, TK, NS, NSK, MWV, MOSP и SYKT. Всего просмотрено более трех тысяч соцветий. При изучении генеративной сферы применяли сравнительно-морфологический метод (Серебряков 1952, 1954). Структуру соцветия определяли с позиции типологического подхода W. Troll (1964, 1969) с последующими дополнениями (Кузнецова 1985; Кузнецова и др. 1991, 1992; Фёдорова 2006).

Результаты и их обсуждение Побеговая система паслёна сладко-горького развивается по акросимподиальной длиннопобеговой модели побегообразования. Надземную часть слагают симподиально нарастающие оси из совокупности монокарпических побегов (Рис. 1). Каждый из таких побегов, за редким исключением, заканчивается соцветием, структура которого трактуется неоднозначно. При характеристике цветорасположения используем определённый набор признаков. Их общий список очень велик и практически ничем не ограничен (Кузнецова и др. 1992). Причем, все признаки равноценны. В своём исследовании мы использовали только те, с помощью которых можно, на наш взгляд, наиболее полно характеризовать морфологию соцветия паслёна сладко-горького.

Журавлёва И. Цветорасположение Solanum dulcamara

149

Рис. 2. Положение соцветия Solanum dulcamara на побеге: а – в фазе цветения; б – в фазе бутонизации; в – схема. Пояснения в тексте. Fig. 2. Inflorescence orientation of Solanum dulcamara on the shoot: а – in phase of flowering; б – in phase of budding; в – the scheme. See explanations in the text.

Рис. 3. Соцветие Solanum dulcamara: а – фотография; б – схема. Fig. 3. Inflorescence Solanum dulcamara: а – photo; б – scheme.

150

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Рис. 4. Часть соцветия Solanum dulcamara: а – внешний вид; б – участок с редуцированным листом; в – продольный срез через участок с редуцированным листом; 1 – вегетативный участок; 2 – генеративный участок; 3 – редуцированный лист. Fig. 4. Part of Solanum dulcamara inflorescence: а – external appearance; б – part with reduced leaf; в – lengthwise cut over the part with reduced leaf; 1 – vegetative part; 2 – generative part; 3 – reduced leaf.

Первое, на что обращают внимание в морфологи при анализе соцветия, – его положение относительно тела растения. На первый взгляд, как и утверждают некоторые авторы флор и определителей (Сырейщиков 1910; Томин 1955; Васильева 1985 и др.), соцветие S. dulcamara боковое (Рис. 2а). Более ранние фазы развития соцветия показывают, что одновременно с его формированием, трогаются в рост пазушные почки 2-х вегетативных метамеров побега, расположенных под соцветием: сначала ближайшая к соцветию почка – 1, затем более удалённая – 2 (Рис. 2б). При этом черешки кроющих листьев этих метамеров продолжают расти; часто они прирастают к оси развертывающегося пазушного побега (Рис. 2в). Развиваясь почти с такой же скоростью что и соцветие, побег 1 сдвигает его из терминального в боковое положения. Именно наличие эпифильных сдвигов и вносит в вопрос о расположении соцветия S. dulcamara некоторую неясность, поскольку эти сдвиги совершаются на очень ранних стадиях развития и определить их у взрослого побега бывает непросто. Подобное явление у представителей рода Schefflera описывает М.С. Нуралиев (2012) и называет такие соцветия псевдолатеральными, то есть занимающими физически боковое положение. Этот термин, уточняющий особенности положения соцветия в

системе побегов, подходит и для описания цветорасположения S. dulcamara. Не менее важный признак – наличие и тип прицветников. В характеристике парциального соцветия паслёна авторы единодушны: оно эбрактеозное. Наши исследования подтверждают обычное отсутствие брактей. Лишь иногда встречаются соцветия, в которых есть не только брактеи, но и листья срединной формации, которые присутствуют в синфлоресценции из-за эпифильных сдвигов или, по-видимому, в результате некоторых изменений в реализации генотипа особи. Признак, от которого большей частью зависит верное определение типа соцветия, – порядок ветвления и способ нарастания осей. Многие авторы относят соцветие паслёна к простым, называя его зонтиком (Сырейщиков 1910; Висюлина 1960; Аветисян 1987), метёлкой (Маевский 1961; Васильева 1985), щитком (Томин 1955). Очевидно, что соцветие имеет удлиненную главную ось с цветками, располагающимися в разных плоскостях (Рис. 2а). Следовательно, определениям зонтика и щитка они не соответствуют. Детальный анализ соцветия S. dulcamara показал, что в его основании четко прослеживается симподиальное нарастание, что свидетельствует о характеристике соцветия паслёна как цимозном, а наличие

именно двух боковых осей замещения относит его к дихазию (Рис. 3). Такой же вариант соцветия описывает Т.В. Кузнецова и др. (1992) у близкого родственника S. dulcamara – S. tuberosum L. Цветки в таком дихазии терминальные, а боковые ветви представляют собой завитки. В нашем случае речь идет о сложном неравнобоком дихазии, в котором обычно в одну сторону формируется одна ветвь, в другую – две-три (Рис. 3б). Основной же вопрос состоит в том, чем представлены его боковые оси. На первый взгляд это монохазийзавиток, как в случае с S. tuberosum, у которого цветки занимают терминальное положение. Однако, рассматривая более ранние стадии развития соцветия паслёна, мы обнаружили бугорки на границе вегетативного участка и генеративного (Рис. 4). Такие бугорки могли возникнуть в процессе редукции кроющего листа, в пазухе которого – цветок. Расположение проводящих тканей на продольном срезе (Рис. 4в) подтверждает, что цветок занимает пазушное положение. Следовательно, монохазиями боковые оси назвать нельзя. Рассматривая процесс развития боковой оси, предполагаем, что после того, как снимается апикальное доминирование, из пазушных почек развивается в одну сторону цветок, в другую – ось второго порядка, которая в дальнейшем даёт начало новому цветку и оси следующего порядка (Рис. 5). Боковая ось соцветия ветвится обычно до 6 порядка. С позиции физиономического подхода соцветие паслёна характеризуется как псевдолатеральное и эбрактеозное с пазушными цветками в составе парциальных соцветий. Согласно ритмологическому подходу соцветие S. dulcamara – сложный неравнобокий дихазий, боковые оси которого типологически представляют собой монохазии, а формально – неравнобокие дихазии. Принимая во внимание типологический подход W. Troll (1964, 1969), соцветие паслёна представляет собой синфлоресценцию, основным флоральным

151

Рис. 5. Формирование боковой оси. Пояснения в тексте. Fig. 5. Formation of the lateral axis. See explanations in text.

Журавлёва И. Цветорасположение Solanum dulcamara

152

Modern Phytomorphology 3 (2013)

элементом которой является дихазий. Так как соцветие S. dulcamara открытое, синфлоресценция полителическая. Заключение Следовательно, с морфологической точки зрения, соцветие паслёна сладко-горького представляет собой псевдолатеральное образование – сложный дихазий. С позиций W. Troll (1964, 1969) с последующими дополнениями (Кузнецова 1985; Кузнецова и др. 1991, 1992; Фёдорова 2006) это эбрактеозная полителическая синфлоресценция с 3-4 боковыми осями с акропетальным зацветанием. Цитируемые источники Аветисян В.Е. 1987. Сем. 1. Solanaceae, пасленовые. В кн.: Тахтаджян А.Л. (ред.), Флора Армении. Т. 8: 166–186. Изд-во Армянской АН ССР, Ереван. Васильева А.Н. 1985. Сем. СХ. Пасленовые – Solanaceae Hall. В кн.: Павлов Н.В. (ред.), Флора Казахстана. Т. 8: 3–24. Наука, Алма-Ата. Висюлина О.Д. 1960. Родина CXXIV. Пасльонові – Solanaceae. У кн.: Котов М.И. (ред.), Флора УРСР. Т. 9: 364–404. Вид-во Української АН ССР, Київ. Имс А. 1964. Морфология цветковых растений. Мир, Москва. Кондорская В.Р. 1983. О соцветиях рода Chenopodium L. Бюл. МОИП. Отд. биологии 88 (1): 81–92. Кузнецова Т.В. 1985. Методы исследования соцветия. I. Описательный метод и концепция синфлоресценции Вильгельма Тролля. Бюл. МОИП. Отд. биологии 90 (3): 62–72. Кузнецова Т.В., Пряхина Н.И., Яковлев Г.П. 1991. Соцветие. Морфология и классификация. Изд-во хим.-фарм. ин-та., Ленинград.

Кузнецова Т.В., Пряхина Н.И., Яковлев Г.П. 1992. Соцветия: морфологическая классификация. Изд-во хим.-фарм. ин-та., Санкт-Петербург. Маевский П.Ф. 1961. Осенняя флора средней полосы европейской части СССР. Учпедгиз, Москва. Нуралиев М.С. 2012. Разнообразие соцветий в Азиатской группе рода Schefflera (Araliaceae): эволюция и биологическое значение. Биоразнообразие: проблемы изучения и сохранения (Мат-лы международной научной конференции, посвященной 95-летию кафедры ботаники Тверского государственного университета, г. Тверь, 21-24 ноября 2012): 198–199. Пояркова А.И. 1981. Сем. 141. Solanaceae Juss. – Паслёновые. В кн.: Федоров А.А. (ред.), Флора Европейской части СССР. Т. 5: 179–201. Наука, Ленинград. Серебряков И.Г. 1952. Морфология вегетативных органов высших растений. Советская наука, Москва. Серебряков И. Г. 1954. О методах изучения ритмики сезонного развития растений в геоботанических стационарах. Докл. совещ. по стационарным геобот. исслед.: 145–159. Сырейщиков Д.П. 1910. Иллюстрированная флора Московской губернии. Т 3: 116–122. Типолитография Т-а В. Чичерин, Москва. Томин М.П. 1955. Семейство 105. Пасленовые – Solanaceae Pers. В кн.: Шишкин Б.К. (ред.), Флора БССР. Т. 4: 318–344. Изд-во Белорусской АН ССР, Минск. Федорова Т.А. 2006. Летняя учебно-полевая практика по ботанике. Морфология соцветий. Ч. 4: 98. Изд-во каф. высш. раст. биол. ф-та Московского ун-та, Москва. Linnaei C. 1783. Philosophia botanica. J. Thome, Viennae. Troll W. 1964. Die Infloreszenzen. B. I. Gustav Fischer verlag, Jena. Troll W. 1969. Die Infloreszenze. B. II, T. 1. Gustav Fischer verlag, Jena. Weberling F. 1981. Morphologie der Blüten und der Blütenstände. Stuttgart.

FLOWERLOCATION IN SOLANUM DULCAMARA L. (SOLANACEAE) Irina Zhuravlyeva Abstract. The morphology of inflorescence of Solanum dulcamara is studied. Pseudolateral location of inflorescence relatively to plant body is set, the absence of bracteae and the sympodial type of growing of branches are found out. From W. Troll point of view the inflorescence of nightshade is defined as the polytelica synflorescence – complex dichasium. Key words: Solanum dulcamara, inflorescence, dichasium, ebracteosa inflorescentia, lateral axis, synflorescence, polytelic synflorescence Vyatka State University of Humanities, 29 Pugachyeva str., Kirov, 610014, Russia; S-dulcamara@yandex.ru

Modern Phytomorphology 3: 153–160, 2013

УДК 581.4

ПОЛИВАРИАНТНОСТЬ АРХИТЕКТУРНОЙ МОДЕЛИ CRAMBE KOKTEBELICA ( JUNGE) N. BUSCH Ольга Ф. Щербакова и Мария С. Калистая Аннотация. В статье приведены результаты комплексного биоморфологического исследования Crambe koktebelica. Установлены различные варианты онтогенеза и базовой архитектурной модели, показана зависимость строения побеговой системы особей вида от условий местопроизрастания. Ключевые слова: Crambe koktebelica, онтогенез, архитектурная модель, модульная организация, побег, побеговая система, монокарпик, раритетный вид Национальный научно-природоведческий музей НАН Украины, ул. Б. Хмельницького, 15, Киев, 01601, Украина; botmuseum@ukr.net

Поливариантность развития, а, следовательно, и структурный полиморфизм рассматриваются как проявления адаптационного потенциала растений к эколого-ценотическим условиям конкретных мест произрастания. Складывающийся в определенных условиях среды габитус растения, т.е. определенный тип его структурной организации – результат целостной реакции организма, представленной множеством частных ответных реакций отдельных его частей в их инфраструктурной организации (Нухимовский 1997). Изучение структурной поливариантности особенно актуально для раритетных видов, поскольку она является одним из механизмов формирования гетерогенности популяций – основы их устойчивого состояния (Воронцова и Заугольнова 1978; Жукова 2001 и др.). Катран коктебельский – Crambe koktebelica ( Junge) N. Busch – узколокальный эндемик, изолированные популяции которого занимают небольшие площади, имеют линейный характер и ориентированы вдоль побережья Черного моря в районе горно-вулканического массива Карадаг и Коктебельской бухты. Вид приспособлен к условиям существования на бедных глинистых и каменистых сыпучих, обвальных © The Author(s), 2013

склонах. Имеет высокий охранный статус и включен в Красную книгу Украины (Ільїнська і Дідух 2009), Приложение І Бернской конвенции (Bern Convention 2002) и Международный красный список (Melnyk & Kell 2011). Структура побеговой системы генеративных особей C. koktebelica исследовалась нами на основе понятийного аппарата концепций архитектурных моделей (Серебрякова 1977; Halle et al. 1978 и др.) и модульной организации растений (Барыкина и Гуленкова 1983; Гатцук 1994; Антонова и Лагунова 1999; Савиных 2004 и др.). Также учитывался тип биоморфы, выделяемый с учетом особенностей хода морфогенеза и проявлений морфологической дезинтеграции (Смирнова и др. 1976, 2002). Под архитектурными моделями (моделями побегообразования) понимают определенные, строго детерминированные варианты формирования системы побегов, которые обусловлены особенностями деятельности апикальных и интеркалярных меристем, поведением аксиллярного аппарата и особенностями ветвления (Серебрякова 1981). При выделении архитектурных моделей многолетних травянистых растений были использованы две группы признаков: изменение структуры

154 элементарных побегов в пределах системы и способы нарастания побеговой системы (Серебрякова 1977; 1987; Серебрякова и Петухова 1978 и др.). На основе комбинации указанных признаков были выделены четыре модели побегообразования: полурозеточная симподиальная, длиннопобеговая симподиальная, а также длиннопобеговая моноподиальная и розеточная моноподиальная. Дополняют данный ряд выделенные В.М. Голубевым (1965) полурозеточная моноподиальная и розеточная симподиальная модели. М.В. Марков (1990), разрабатывая классификацию архитектурных типов малолетников, дополнительно учитывал такие признаки как ранг элементарных метамеров, характер корневой системы, листорасположение, а также гомо- или гетеробластный тип развития особей. Е.В. Байкова (1998) среди основных критериев распределения видов на группы в пределах одной архитектурной модели выделяет следующие: поликарпичность или монокарпичность, продолжительность розеточной фазы в онтогенезе и малом жизненном цикле, моноцикличность или полицикличность развития побегов, степень развития репродуктивной осевой системы и ее соотношение с вегетативной. Одним из базовых понятий концепции архитектурных моделей рассматривается модуль – структурная единица осевой системы, которая является результатом деятельности одной меристемы с момента ее возникновения и до перехода к репродукции (Halle & Oldeman 1970). Иначе, модуль – это однотипная структура тела растения, закономерно повторяющаяся во времени и в пространстве и возникающая в результате одного цикла формообразования (Савиных 2008). Модульность, свойственная растениям, проявляется на разных уровнях организации побеговой системы, что дает возможность выделять конструкционные единицы различных рангов: элементарные метамеры, моноподиальный побег, система зрелого моноподиального побега, монокарпический

Modern Phytomorphology 3 (2013) побег, побег формирования, система побега формирования, элементарная побеговая система, комплекс побегов замещения и т.д. (Гатцук 2008 и др.). Строение побеговых систем C. koktebelica рассмотрено с учетом трех категорий модулей: элементарного, универсального и основного (по Савиных 2008). Элементарные модули – метамеры, закладываются в течение одного пластохрона и развиваются во внепочечную фазу развития побега. Структурной (архитектурной) единицей растений с симподиальным нарастанием является монокарпический побег (терм.: Серебряков 1952), завершающийся верхушечным цветком или соцветием. Монокарпический побег выделяется в качестве универсального модуля побеговой системы. Основные модули формируются на основе целого универсального модуля или его части, они определяют тип биоморфы растения (Савиных и Мальцева 2008). Условия произрастания растений откладывают отпечаток на их архитектурную модель, которая отражает генетическую программу роста, закономерности роста и является структурной основой различых биоморф (Байкова 2008). C. koktebelica – летне-зимнезеленый гемикриптофит, полурозеточный, многолетний монокарпик, реже олигокарпик. В подземной сфере развивается мощная система главного корня, аллоризная по происхождению. Подземный орган побегового происхождения монокарпиков – конодий (терм.: Нухимовский 1969), формирующийся без перевершинивания скелетных осей. У тех особей, у которых терминальная меристема расходуется на формирование цветоносного прироста (олигокарпики) или перестает функционировать при ее случайном повреждении, за счет формирования системы побегов замещения, в подземной сфере формируется многолетняя симподиальная система резидов – каудекс. При типичном онтогенезе в генеративное возрастное состояние растения переходят на 3–5-й год. В развитии олиго- и

Щербакова О.Ф., Калистая М.С. Архитектурная модель Crambe koktebelica полициклических монокарпических побегов прослеживается смена серии укороченных годичных приростов (фаза розетки) завершающим цветоносным модулем с удлиненными метамерами. Онтоморфогенетическая поливариантность развития особей вида ярко выражена в экотопах с разной степенью подвижности субстрата и проявления эрозионных процессов. Выделены основные типы биоморфогенеза особей вида. В условиях произрастания на стабильном субстрате растения развиваются как однопобеговые, реже в форме куста, с подземным коротким одноосным или слаборазветвленным (компактным) конодием (типичный биоморфотип). Некоторые из этих особей не отмирают после завершения первого репродуктивного цикла, а еще несколько лет цветут и плодоносят, т.е. развиваются по типу олигокарпиков. Травматическая элиминация верхушечной почки первичного побега на ранних этапах онтогенеза стимулирует развитие почек возобновления и пробуждение спящих почек, вследствие чего в приземной зоне образуется один или несколько вторичных центров кущения. В кусте генеративных особей развиваются вегетативные и 3–8 цветоносных побегов. В условиях эрозионнонеустойчивого подвижного субстрата при погребении первичного побега на прегенеративном этапе развития развиваются особи с вынужденно удлиненным подземным неразветвленным или слаборазветвленным каудексом, имеющим ярусную структуру. Вынужденное перевершинивание первичного монокарпического побега C. koktebelica, обусловленное повреждением его верхушечной меристемы, происходит за счет активизации пазушных почек возобновления и спящих почек. Таким образом, нарастание главной оси гемисимподиальное (нерегулярное, травматическое) (терм.: Нухимовский 1986). Согласно классификации Т.И. Серебряковой (1981 и др.) базовая архитектурная модель C. koktebelica – симподиальная полурозеточная, состоящая

155

из нескольких последовательных модулей. Медиальный универсальный модуль (ось первого порядка) представлен вегетативным участком первичного монокарпического побега и терминальной синфлоресценцией. В своем развитии универсальный модуль обязательно проходит фазу розетки. Повторяют структуру универсального модуля побеги кущения (латеральные универсальные модули второго и последующих порядков). Анализ структуры, ритмики роста и развития универсальных модулей разного порядка C. koktebelica в различных эколого-ценотических условиях позволил выделить несколько вариантов базовой архитектурной модели вида (Рис. 1). Развитие вегетативного участка медиального универсального модуля особей первой группы охватывает один-два вегетационных периода, при этом программа подготовки к цветению реализуется в максимально сжатые сроки. Прорастание семян приурочено к весеннему периоду. Неблагоприятный зимний сезон растения первого-второго года жизни переносят в розеточном состоянии. В следующем вегетационном периоде формируется удлиненный цветоносный прирост медиального монокарпического побега. После диссеминации особи полностью засыхают и лишь у незначительного их числа, в результате активизации пазушных почек базальных укороченных метамеров, происходит позднелетнее или осеннее отрастание побегов. Такое базисимподиальное кущение возможно благодаря нерастраченному ресурсу пластических веществ подземной сферы и оптимальным погодным условиям (за счет улучшения влагообеспечения) во второй половине вегетационного периода. Побеги кущения развиваются как пролептические, имеют розеточную структуру и неполный цикл развития. Переход к репродукции этих побегов не происходит – при наступлении холодов все растение погибает. Конодий укороченный, одноосный. Чаще всего особи с охарактеризованным типом побегообразования встречаются

156

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Рис. 1. Основные варианты (I-IV) базовой архитектурной модели Crambe koktebelica: 1 – годичный полурозеточный цветоносный побег; 2 – розеточный годичный побег; 3 – миниморезиды (белой линией обозначены границы годичных приростов); 4 – викариорезиды; 5 – система главного корня; 6 – отмершие структуры; 7 – отмершая верхушечная почка. Fig. 1. Principal variants (I-IV) of Crambe koktebelica basic architectural model: 1 – annual semi-rosette flowering shoot; 2 – annual rosellate shoot; 3 – minimoresids (white lines indicate the boundaries of annual growth); 4 – vikarioresids; 5 – taproot system; 6 – eliminated (died) structures; 7 – eliminated apical bud.

на открытых участках склонов, где испытывают сильный дефицит влаги. Выделенный вариант базовой архитектурной модели формируется при становлении жизненной формы аллогоморизного ди-, олигоциклического первичнопобегового (однопобегового) монокарпика с одноосным конодием. Биоморфа моноцентрическая, в морфогенезе реализуется фаза первичного побега и, факультативно, – фаза первичного куста. Растения в фазе первичного куста в этом случае можно рассматривать как недолговечную фенобиоморфу. Этим термином А.П. Хохряков (Хохряков и Мазуренко 2008) обозначил “различно экспрессивно выраженные фенологические состояния одной и той же жизненной формы”. Для особей второй группы характерна олиго-, полицикличность развития медиального универсального модуля (первичного побега). Генеративная дифференциация его апекса происходит не раньше третьего-пятого года жизни. Базисимподиальное ветвление

на имматурной или виргинильной стадии развития растения приводит к формированию первичного куста (основной модуль). Универсальные модули второго и последующих порядков (латеральные побеги) могут развиваться из спящих почек, почек возобновления или пролептических почек. Побеги, развивающиеся пролептически и зацветающие на следующий год – озимые моноциклические. Развитие латеральных побегов может проходить и олиго-, и полициклично. Те из них, которые проходят полный цикл развития, повторяют структуру медиального универсального модуля. Латеральные монокарпические побеги в большей или меньшей степени уступают в мощности развития генеративной и вегетативной сфер медиальному побегу. Репродуктивные фазы развития медиального и латеральных побегов совпадают. После завершения репродуктивного цикла растения погибают. Универсальные модули третьего порядка, развивающиеся пролептически во второй

Щербакова О.Ф., Калистая М.С. Архитектурная модель Crambe koktebelica половине вегетационного периода, к репродукции не переходят. У растений характеризуемой архитектурной модели структуру разветвленного конодия детерминируют миниморезиды (терм.: Нухимовский 1997), которые образованы последовательностью укороченных годичных приростов моноподиально нарастающих монокарпических побегов. На протяжении всего онтогенеза резиды сохраняют гетерономность – связь с мощным главным корнем. Зона кущения компактная, наблюдается незначительное вегетативное разрастание в горизонтальном направлении. Становление данного варианта базовой архитектурной модели C. koktebelica происходит у особей, развивающихся по типу аллогоморизного первичнокустового монокарпика с многоосным конодием, с олиго-, полициклическим первичным побегом. Биоморфа моноцентрическая, в морфогенезе реализуются фазы первичного побега и первичного куста. Как отмечает И.Г. Серебряков (1952), причины отмирания после плодоношения у монокарпиков недостаточно ясны. Далее автор приводит довод Г. Молиша (Molisch 1929) о решающем значении для отмирания растения – его истощения, наступающем в результате расходования всех питательных веществ на формирование обычно большого количества плодов и семян. Развитие и сохранение жизнеспособности на протяжении одного или нескольких последующих лет универсальных модулей второго или последующих порядков, у которых формирование годичного ассимиляционноцветоносного прироста происходит уже после завершения репродуктивного цикла первичного побега (первичного куста) свидетельствует об олигокарпичности некоторых особей C. koktebelica в популяциях. Побеги, заканчивающие полный цикл развития после отмирания цветоносного прироста первичного побега и являющиеся вторичными центрами кущения, можно рассматривать как побеги замещения. У особей с третьим вариантом архитектурной модели медиальный

157

универсальный модуль полициклический с полным циклом развития, латеральные – моно-, олиго- и полициклические с полным либо неполным циклом развития. Отмечено постепенное снижение репродуктивной активности модулей второго и последующих порядков, проявляющееся в их морфоструктурных перестройках. Так, к примеру, снижается степень разветвленности флоральной зоны, возрастает роль скрытогенеративной зоны (терм.: Савиных 1999), уменьшаются морфометрические параметры репродуктивных и вегетативных органов. Развитие побегов замещения происходит и в случае акронекроза первичного побега на прегенеративном или генеративном этапе развития особи. Происходящее при этом перевершинивание главной оси обусловлено механическим повреждением, засыханием или выеданием вредителями верхушечной меристемы побега. В подземной сфере функционирует многолетняя симподиальная система резидов, формирующая каудекс, связанный с мощным глубоким стержневым корнем. Накоплению у растений достаточного для реализации повторных репродуктивных циклов количества ресурсов способствуют условия мест произрастания с достаточным увлажнением и повышеной трофностью субстрата, умеренным притенением, ограниченным действием ветра. Чаще такие условия складываются у подножья склонов, у нагромождений камней. Выделенный вариант базовой архитектурной модели реализуется в рамках становления жизненной формы аллогоморизного рыхлокустового олигокарпика с многоосным компактным каудексом, с олиго-, полициклическим первичным побегом и моно-, олиго- и полициклическими побегами замещения. Биоморфа моноцентрическая или неявноолигоцентрическая, в морфогенезе реализуются фазы первичного побега, первичного куста, рыхлого куста. Четвертый вариант базовой архитектурной модели C. koktebelica близок ко второму варианту и выделен

158 у особей, развивающихся в условиях эрозионно-неустойчивого, лабильного субстрата. При эрозионных движениях осыпей происходит погребение растений, растущих на склонах и у их подножья, при этом значительная часть их погибает. У засыпанных прегенеративных растений терминальная меристема первичного побега элиминирует, однако в отдельных случаях за счет активизации роста пазушных побегов происходит восстановление точкой роста ее приповерхностного положения. В этих условиях у особей формируются вынужденно удлиненные (до 20 см дл.) подземные резиды – викариорезиды (терм.: Нухимовский 1997) с серией редуцированных листьев низовой формации. Таким образом, в развитии универсального модуля второго порядка (побег замещения) сначала проходит формирование этиолированного удлиненного подземного участка, затем – надземных приростов: укороченных вегетативных и удлиненного цветоносного. Благодаря удлиненным резидам формируются один или несколько разобщенных вторичных центров разрастания, каудекс приобретает выраженное ярусное строение. Вторичные центры разрастания гетерономные, укоренения резидов не происходит, поэтому в случае утраты связи с главным корнем, их дальнейшее автономное существование становится невозможным. Чаще всего для особей с указанной архитектурной моделью характерна жизненная форма аллогоморизного монокарпика с гемисимподиальным одноосным или слаборазветвленным малоярусным каудексом с викарио- и миниморезидами, с олигоциклическим первичным побегом с вынужденно неполным циклом развития и олиго-, полициклическими побегами замещения. Дезинтеграция носит явноолигоцентрический характер. В морфогенезе особь проходит фазы первичного побега, малосерийной симподиальной оси, первичного куста. Выделенные варианты базовой

Modern Phytomorphology 3 (2013) архитектурной модели C. koktebelica не охватывают всего спектра их разнообразия, поскольку между ними в природных популяциях существуют различные переходные типы. Как следует из выше сказанного, основной структурный элемент побегового тела растений вида (универсальный модуль) – унирепродуктивный полурозеточный побег. По фазности видимого роста универсальные модули разных порядков, достигающие репродуктивной стадии развития – сверхгодичные (2) 3–5-и фазные, пульсирующие, проявляющие чередование фаз видимого роста с фазами скрытого роста (относительного покоя). Вегетативная фаза, включающая последовательность приростов годичных укороченных (розеточных) побегов медиального универсального модуля (первичного монокарпического побега), длится (1) 2–4 года, постинициальный период его жизненного цикла завершается, как правило, после реализации верхушечной меристемы в полурозеточный цветоносный модуль (репродуктивно-ассимиляционная фаза). Латеральные побеги кущения и побеги замещения (универсальные модули второго и последующих порядков) образуются из почек возобновления (вернальные побеги), спящих почек (превентивные или дорминантные) и почек ассимилирующего годичного прироста (пролептические). Эти побеги закладываются на имматурной, виргинильной или генеративной стадии биоморфогенеза и завершают плейофазное развитие (2–4 фазы) образованием цветоносного модуля одновременно с медиальным побегом при монокарпическом развитии особи либо в последующие годы – при развитии по типу поликарпиков. Годичный цветоносный побег проявляет три фазы видимого роста: весенняя – фаза розетки, раннелетняя – фаза удлиненного цветоносного прироста и осенняя (факультативная) – фаза базального ветвления. Анализ ростовых процессов особей C. koktebelica указывает на их

Щербакова О.Ф., Калистая М.С. Архитектурная модель Crambe koktebelica выраженную сезонную периодичность. Плейофазность развития позволяет растениям в течение вегетационного периода максимально эффективно использовать ресурс дефицитного влагообеспечения, а также аккумулировать необходимое количество пластических веществ и энергетического запаса для реализации репродуктивной функции. Цитируемые источники Антонова И.С., Лагунова Н.Г. 1999. О модульной организации некоторых групп высших растений. Журн. общ. биол. 60: 49–59. Байкова Е.В. 1998. Исследование жизненных форм и архитектурных моделей в роде Salvia (Lamiaceae). Ботан. журн. 83: 28–38. Байкова Е.В. 2008. Использование концепции “архитектурная модель” при описании структуры растений. В сб.: Антонова И.С., Байков К.С., Савиных Н.П. и др. Современные подходы к описанию структуры растения: 69–83. Лобань, Киров. Барыкина Р.П., Гуленкова М.А. 1983. Элементарный метамер побега цветкового растения Бюл. МОИП. Отд. биол. 88 (4): 114–124. Воронцова Л.И., Заугольнова Л.В. 1978. Мультивариантность развития особей в течение онтогенеза и ее значение в регуляции численности и состава ценопопуляций растений. Журн. общ. биол. 39(4): 555–562. Гатцук Л.Е. 1994. Иерархическая система соподчиненных единиц растительного организма, выделенных на макроморфологическом уровне. Успехи экологической морфологии и ее влияние на смежные науки: 18–19. Прометей, Моква. Гатцук Л.Е. 2008. Растительный организм: опыт построения иерархической системы его структурно-биологических единиц. В сб.: Антонова И.С., Байков К.С., Савиных Н.П. и др. Современные подходы к описанию структуры растения: 26–47. Лобань, Киров. Голубев В.Н. 1965. Эколого-биологические особенности травянистых растений и растительных сообществ Лесостепи. Наука, Москва. Жукова Л.А. 2001. Многообразие путей онтогенеза в популяциях растений. Экология 3: 169–176. Ільїнська А.П., Дідух Я.П. 2009. Crambe koktebelica. У кн.: Дідух Я.П. (ред.), Червона Книга України. Рослинний світ: 260. Глобалконсалтинг, Київ. Марков М.В. 1990. Популяционная биология розеточных и полурозеточных малолетних растений. Казанский ун-т, Казань.

159

Нухимовский Е.Л. 1969. О термине и понятии «каудекс». Сообщение 3. Многообразие каудексов и отличие от других структурных образований. Вестник Московского ун-та. Серия: биология, почвоведение 2: 71–78. Нухимовский Е.Л. 1986. Особенности фенетической организации биоморф семенных растений. Успехи совр. биологии 102 (2(5)): 289– 306. Нухимовский Е.Л. 1997. Основы биоморфологии семенных растений: Т. 1. Теория организации биоморф. Недра, Москва. Савиных Н.П. 1999. Побегообразование, морфогенез Veronica gentianoides Vahl. (Scrophulariaceae) и происхождение полурозеточных трав. Ботан. журн. 84: 20–31. Савиных Н.П. 2004. Модели побегообразования и архитектурные модели растений с позиций модульной организации. Конструкционные единицы в морфологии растений (мат-лы Х школы по теоретической морфологии растений, Киров 2-8 мая 2004 г.): 89–96. Савиных Н.П. 2008. Применение концепции модульной организации к описанию структуры растений. В сб.: Антонова И.С., Байков К.С., Савиных Н.П. и др. Современные подходы к описанию структуры растения: 47–69. Лобань, Киров. Савиных Н.П., Мальцева Т.А. 2008. Модуль у растений как структура и категория. Вестник Тверского государственного университета. Серия: биология и экология 9: 227–233. Серебряков И.Г. 1952. Морфология вегетативных органов высших растений. Советская наука, Москва. Серебрякова Т.И. 1977. Об основных «архитектурных моделях» травянистых многолетников и модусах их преобразования. Бюл. МОИП. Отд. биол. 82 (5): 112–128. Серебрякова Т.И. 1981. Жизненные формы и модели побегообразования наземно-ползучих многолетних трав. В кн.: Вещикова Т.В., Гатцук Л.Е., Серебрякова Т.И. Жизненные формы: структура, спектры и эволюция: 161–179. Наука, Москва. Серебрякова Т.И. 1987. О вариантах моделей побегообразования у многолетних трав. В сб.: Серебрякова Т.И. (ред.), Морфогенез и ритм развития высших растений: 3–19. МГПИ им. В.И. Ленина, Москва. Серебрякова Т.И., Петухова Л.В. 1978. Архитектурная модель и жизненные формы некоторых травянистых Розоцветных. Бюл. МОИП. Отд. биол. 83 (6): 51–66.

160

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Смирнова О.В., Заугольнова Л.Б., Торопова Н.А., Фаликов Л.Д. 1976. Критерии выделения возрастных состояний и особенности хода онтогенеза у растений различных биоморф. В кн.: Смирнова О.В., Заугольнова Л.Б., Ермакова И.М. Ценопопуляции растений (основные понятия и структура): 14–44. Наука, Москва. Смирнова О.В., Палёнова М.М., Комаров А.С. 2002. Онтогенез растений разных жизненных форм и особенности возрастной и пространственной структуры их популяций. Онтогенез 33 (1): 5–15. Хохряков А.П., Мазуренко М.Т. 2008. Фенобиоморфологическая классификация жизненных форм и специализация репродуктивного цикла высших растений. В сб.: Антонова И.С., Байков К.С., Савиных Н.П. и др. Современные подходы к описанию структуры растения: 14–26. Лобань, Киров.

Bern Convention. 2002. Convention on conservation of European wildlife and natural habitats. Appendix 1 of 1 March 2002: Strictly protected flora species. http://conventions.coe. int/Treaty/FR/Treaties/ Html/104-1.htm. Hallé F., Oldeman R.A.A. 1970. Essai sur l’architecture et la dynamique de crossance des arbres tropicaux. Mason, Paris. Hallé F. Oldeman R.A.A., Tomlinson P.B. 1978. Tropical trees and forest: an architectural. SpringerVerlag, Berlin – New-York. Molisch H. 1929. Die Lebensdauer der Pflanze. Gustav Fischer, Jena. Melnyk V., Kell S.P. 2011. Crambe koktebelica. In: IUCN 2011. IUCN Red List of Threatened Species. Version 2011.2. <www.iucnredlist.org>. Downloaded on 20 February 2012.

POLYVARIANT ARCHITECTURAL MODEL OF CRAMBE KOKTEBELICA ( JUNGE) N. BUSCH SHOOT SYSTEM Olga F. Scherbakova & Maria S. Kalistaya Abstract. The article is devoted to integrated biomorphological study on Crambe koktebelica ( Junge) N. Busch. Different variants of ontogenesis and basic architectural model were ascertained by for this rare species. Influence of milieu conditions on shoot system structure of the species individuals was shown. Key words: Crambe koktebelica, ontogenesis, architectural model, modular organization, shoot system, monocarpic, rare species National Museum of Natural History NAS of Ukraine, 15 B. Khmelnitskogo str., Kyiv, 01601, Ukraine; botmuseum@ukr.net

Modern Phytomorphology 3: 161–165, 2013

УДК 581.4+581.766

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ МОРФОГЕНЕЗА СОЦВЕТИЙ В РОДЕ BREXIA NORONHA EX THOUARS (CELASTRACEAE) Иван А. Савинов Аннотация. Проведен сравнительный анализ структуры соцветий для 6 видов рода Brexia (согласно последней ревизии Schatz & Lowry II (2004)). Для одного вида, B. madagascariensis, изучены детали роста и развития побегов, а также морфогенеза соцветия. Установлено, что соцветия видов рода Brexia (описанные в литературе как цимы, ложные зонтики, щитковидные, сидячие в пучках; и включающие у некоторых видов явление каулифлории) представляют собой разные варианты преобразования исходной формы – системы дихазиев (закрытого тирса). Наличие крупных брактей можно рассматривать как анцестральный, плезиоморфный признак в роде; а в качестве производного – редукцию брактей и наличие только крошечных брактеолей в основании цветоножек. Соцветия Brexia в типе можно рассматривать как брактеозные. Процесс редукции количества кластеров и отдельных цветков сопровождался разными вариантами их преобразований. Ключевые слова: Brexia, Celastraceae, соцветие, структура, развитие, морфогенез, брактеи, брактеоли, гомология Московский государственный университет пищевых производств, ул. Талалихина, 33, Москва, 109316, Россия; savinovia@mail.ru

Введение Последние данные молекулярной филогении (Zhang & Simmons 2006; APG 2009) говорят о принадлежности преимущественно мадагаскарского рода Brexia к семейству Celastraceae. В связи с этим особый интерес представляют особенности морфогенеза цветка и соцветия разных видов рода, причем исследования в этой области только начались (Matthews & Endress 2005; Савинов 2007, 2008; Savinov 2009a, b). Материалы и методы исследований Наблюдения над ростом и развитием побегов и соцветий Brexia madagascariensis (Lam.) Ker Gawl. проводились в разные сезоны 2008-2012 гг. в оранжереи БИН РАН (г. Санкт-Петербург). Также был проведен тщательный структурный анализ зрелых соцветий этого вида. Фотографии сделаны цифровой фотокамерой «Sony CyberShot DSC H-7». Другие виды рода были изучены по доступным гербарным материалам (P). Их список приводится ниже: © The Author(s), 2013

Brexia apoda H. Perrier B. australis G.E. Schatz et Lowry B. cauliflora Tul. B. humbertii H. Perrier B. madagascariensis (Lam.) Ker Gawl. B. montana H. Perrier Результаты и их обсуждение B.madagascariensis–вечнозеленоедерево(или кустарник) с моноподиальным нарастанием и пазушными 9-18(21)-цветковыми соцветиями, развивающимися в верхней части побега текущего года. Особенности роста и развития побегов этого вида соответствуют архитектурной модели Attims (Halle et al. 1978): одноствольное, кронообразующее, поликарпическое растение с пазушными соцветиями на ветвях кроны, формируется в результате постоянного моноподиального нарастания ствола и ветвей кроны. Вид растет в условиях гумидных литоральных тропических лесов восточной части Мадагаскара. Для других видов рода характерны пазушные, обычно немногоцветковые

162 А

Modern Phytomorphology 3 (2013) Б

Г Рис. 1. Схема синфлоресценций представителей рода Brexia: А – B. madagascariensis (изображено только 9 цветков и 3 кластера); Б – B. humbertii (мелкие овалы – листовидные крупные брактеи); В – B. montana, B. australis; Г – B. cauliflora, B. apoda. Жирная стрелка – многолетний побег, вытянутый овал – нормальный зеленый лист, мелкие овалы – брактеи, тонкие линии – оси соцветия, брактеоли не показаны. Диаметр кругов (цветки) соответствует порядку распускания цветков. Fig. 1. Scheme of synflorescences for representatives of the Brexia: А – B. madagascariensis (only 9 flowers and 3 clusters are illustrated); Б – B. humbertii (a small ovals – leaf-like big bracts); В – B. montana, B. australis; Г – B. cauliflora, B. apoda. Fat pointer – many-years shoot, stretched oval – normal green leafs, small ovals – bracts, thin lines – inflorescence axis, bracteoles are not illustrated. Diameter of circles (flowers) is corresponded to sequence of flowers opening.

брактеозные или почти эбрактеозные соцветия, физиономически «имитирующие» дихазии (простые, многочленные или зонтиковидные) (Рис. 1 А-Г). Две листовидные крупные брактеи сопровождают разделение (разветвление) оси первого порядка в соцветии B. humbertii, пара мелких брактей обычно присутствует в верхней части оси соцветия у B. apoda. Редукция осей соцветия B. cauliflora приводит к образованию очень компактных «пучков», развивающихся на многолетнем побеге. «Сидячие» варианты соцветий встречаются также у B. apoda (обычно с 1-2 цветками). Малоцветковое соцветие (физиономически – дихазий) на осях нормальной длины наблюдается у B. montana и B. australis (у последнего главная ось укорочена). Цветки видов Brexia распускаются базипетально,

первым раскрывается центральный цветок в соцветии. По этому признаку можно успешно установить пути преобразования исходной формы соцветия. Сравнительный анализ 6 видов рода (из 11 видов по последней ревизии Schatz & Lowry II (2004)) позволяет утверждать, что их соцветия (описанные в литературе как цимы, ложные зонтики, щитковидные, сидячие в пучках; и включающие у некоторых видов явление каулифлории) представляют собой различные варианты преобразования исходной формы – системы дихазиев (закрытого тирса). По-видимому, наличие крупных брактей (как у B. humbertii) также можно считать исходным, плезиоморфным признаком в роде; а производным – редукцию прицветников и наличие только мелких брактеолей (прицветничков) в основании

Савинов И.А. Особенности морфогенеза соцветий Brexia

Рис. 2. Некоторые этапы морфогенеза соцветия Brexia madagascariensis. Fig. 2. Some stages of inflorescence morphogenesis in Brexia madagascariensis.

163

164

Modern Phytomorphology 3 (2013)

цветоножек (как у B. madagascariensis). Итак, в типе соцветие в роде Brexia можно считать брактеозным. Процесс редукции числа кластеров и отдельных цветков сопровождался разными вариантами их преобразований. В морфогенезе соцветия B. madagascariensis (Рис. 2) можно выявить любопытную деталь – порционное образование парциальных 3-цветковых соцветий (кластеров). По-видимому, после активного функционирования генеративной меристемы соцветия, формирующей его главную ось, в определенных участках происходит одновременное заложение нескольких цветковых меристем, дающих кластеры из 3 цветков, причем после образования у них длинных осей первого и второго порядка в их основании по бокам основной оси закладываются следующие кластеры из 3 цветков и т.д. Таким образом, формирующаяся синфлоресценция физиономически имитирует соцветие-зонтик или щиток (визуально все оси, несущие цветки, выходят из одной точки). Обращает на себя внимание один любопытный факт: порядок распускания цветков четко соблюдается покластерно: первым зацветает цветок оси первого порядка самого верхнего кластера, после него – два цветка оси второго порядка этого же кластера; затем наступает очередь нижележащих кластеров: у них также первым распускается цветок оси первого порядка, а затем – цветки осей второго порядка (Рис. 1 А). Это заставляет предположить, что «зонтиковидная» синфлоресценция B. madagascariensis с максимальным числом цветков 15-18(21) является продуктом преобразования целой системы дихазиев с базипетальным распусканием отдельных цветков, то есть закрытого тирса. Выводы и заключение Таким образом, детали морфогенеза соцветия Brexia madagascariensis и изучение расположения брактей и брактеолей в соцветиях других видов говорит в пользу того, что соцветие в роде Brexia нельзя считать

производным многочленного дихазия. Скорее, это продукт преобразования сложной системы дихазиев (закрытого тирса). Не исключен, правда, и другой вариант – цветки нижележащих кластеров развиваются из дополнительных почек в пазухе кроющих листьев цветков второго порядка. Для окончательного решения этого вопроса необходим сбор и изучение нового материала по другим видам рода, включая анализ числа и расположения филломов в соцветии. Это позволит решить один из главных вопросов – морфологическую природу и особенности замещения крупных брактей (прицветников) и мелких брактеолей (прицветничков) в соцветиях видов рода Brexia. Благодарности Автор благодарит кураторов коллекций ботанического сада БИН РАН д.б.н. Е.М. Арнаутову и Ю.Г. Калугина за предоставленную возможность наблюдений и сбора живого материала с Brexia madagascariensis, а также проф. Д.Д. Соколова (МГУ им. М.В. Ломоносова) за полезное обсуждение основных результатов. Работа поддержана грантом РФФИ № 12-04-31407-мол_а. Цитируемые источники Савинов И.А. 2007. Морфологическая интерпретация нектарного диска в цветке Celastraceae и нектарников-стаминодиев цветков Brexia и Parnassia. Мат-лы конф. по морфологии и систематике растений, посвященной 300-летию со дня рождения К. Линнея (г. Москва, 16-19 мая 2007): 207–209. Савинов И.А. 2008. Эволюция цветка в порядке Celastrales. Бот. журн. 93(10): 1544–1555. Angiosperm Phylogeny Group (APG) 2009. An update of the Angiosperm Phylogeny Group classification for the orders and families of flowering plants: APG III. Bot. J. Linn. Soc. 161: 105–121. Halle F., Oldeman R., Tomlinson P.B. 1978. Tropical trees and forests. An architectural analysis. Springer, Berlin. Matthews M.L., Endress P.K. 2005. Comparative floral structure and systematics in Celastrales (Celastraceae, Parnassiaceae, Lepidobotryaceae). Bot. J. Linn. Soc. 149: 129–194.

Савинов И.А. Особенности морфогенеза соцветий Brexia Savinov I.A. 2009a. The comparative floral structure of Brexia, Parnassia and some Celastraceae. In: Ivanova D. (ed.), Plant, fungal and habitat diversity investigation and conservation (Proceedings of IV Balkan Botanical Congress, Sofia, 20–26 June 2006): 65–71. Savinov I. 2009b. Late stages of floral development and phylogeny of the Celastrales. Systematics 2009 (Proceedings of the Symposium «Flowers on the tree of life», Leiden): 112.

165

Schatz G.E., Lowry II P.P. 2004. A synoptic revision of Brexia (Celastraceae) in Madagascar. Adansonia. Sér. 3 26(1): 67–81. Zhang Li-Bing, Simmons M.P. 2006. Phylogeny and delimitation of the Celastrales inferred from nuclear and plastid genes. Syst. Bot. 31(1): 122–137.

SOME PECULIARITIES OF INFLORESCENCES MORPHOGENESIS IN BREXIA (CELASTRACEAE) Ivan A. Savinov Abstract. Comparative analysis of inflorescences structure for 6 species of the Brexia (according to the last revision by Schatz & Lowry II (2004)) is conducted. For one species, B. madagascariensis, the shoots growth and development, inflorescence morphogenesis details are studied. It is determined inflorescences of Brexia species (have described in literature as cymes, pseudo-umbellate, corymbiform, sessile in fascicles; and including for some species cauliflory) presents a different variations of ancestral form transformation – dichasial system (closed thyrse). Apparently, presence of a big bracts may be consider as ancestral, plesiomorphic character for the genus; and derivate ones – reduction of bracts and presence of minute bracteoles in pedicel basis only. Inflorescences of Brexia in typically may be considered as bracteous. Process of reduction the number of clusters and separate flowers is accompanied by different variations of their transformations. Key words: Brexia, Celastraceae, inflorescences, structure, development, morphogenesis, bracts, bracteoles, homology Moscow State University of Food Production, 33 Talalichina str., Moscow, 109316, Russia; savinovia@mail.ru

Modern Phytomorphology 3: 167–175, 2013

УДК 581.93

БИОМОРФОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ФЛОРЫ ВОДОЁМОВ БАССЕЙНА РЕКИ ВЫЧЕГДА Борис Ю. Тетерюк Аннотация. Приводятся данные о биоморфологической структуре флоры водоёмов бассейна реки Вычегда. Флора сформирована преимущественно многолетними травянистыми растениями, обладающими выраженной способностью к вегетативной подвижности. Заметное развитие во флоре водоёмов бассейна получают поликарпические длиннопобеговые долголетники. Ключевые слова: жизненные формы, биоморфологическая структура, флора водоёмов Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, ул. Коммунистическая, 28, г. Сыктывкар, 167982, Россия; b_teteryuk@ib.komisc.ru

Введение Внешний облик растений по определению И.Г. Серебрякова (1962) есть результат их приспособленности к определённым условиям среды обитания. В однотипных природных условиях растения разных таксономических групп формируют сходные жизненные формы. Ценофлора как исторически сложившаяся совокупность видов растений, распространённых на конкретной территории со свойственным ей набором экотопов (условий), обладает определённым, не редко ограниченным, набором жизненных форм (Свириденко 1991; Антипова 2008; Качкин 2009; Тетерюк 2012). Очевидно, что спектр жизненных форм той или иной ценофлоры отражает особенности и современную направленность её генезиса, а так же свидетельствует о степени приспособленности ценофлоры к существующим условиям среды. Целью данной статьи является анализ биоморфологической структуры флоры водоёмов бассейна реки Вычегда. Краткая характеристика района исследований Река Вычегда – главный приток Северной Двины. Свое начало она берет в равниной © The Author(s), 2013

болотистой местности у восточных отрогов Южного Тимана. Абсолютная высота района истока − 230 м. В Северную Двину Вычегда впадает у г. Котлас. Её общая длина – 1130 км, площадь водосбора – 121 тыс. км2. Главные притоки – реки Сысола (левый приток, длина – 487 км, площадь водосбора – 17,2 тыс. км2) и Вымь (правый приток, длина – 499 км, площадь водосбора – 25.6 тыс. км2). Средняя густота речной сети в бассейне Вычегды – 0.62 км/км2. В её пойме насчитывается около 2000 озер, площадь водного зеркала которых составляет более 8.5 тыс. га. (Зверева 1969; Братцев и Братцев 1997). Согласно региональному геоботаническому районированию (Юдин 1954), вычегодский бассейн целиком лежит в пределах таёжной зоны. Материалы и методы исследований Термин «водоём» принят в широком его понимании, трактовка которого чётко дана Ю. Одумом (1975). По признаку подвижности водных масс водоёмы разделяются на стоячие (озёра, пруды и др.) и проточные (родники, ручьи, реки). водоёмов» Понятие «флора использовано в соответствии с его описанием В.Г. Папченковым, А.В. Щербаковым и А.Г. Лапировым (2003, 2006).

168

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Известно, что наиболее ярко особенности флоры отражает её ядро. В случае флоры водоёмов её ядро составляют представители экологических групп гидрогело- и гигрогелофитов (по Папченков 2001). Принадлежность видов к той или иной экогруппе определена по шкалам Л.Г. Раменского (Раменский и др. 1956). В таком объёме термин ядро флоры водоёмов сопоставим с объёмом термина «гидрофитное ядро флоры» (Свириденко 2000). Материалом для анализа послужили полевые сборы 1999-2010 гг. Гербарные образцы хранятся в Гербарии Института биологии Коми НЦ УрО РАН (SYKO) и частично в Гербарии Института биологии внутренних вод РАН (IBIW). Латинские названия таксонов выверены по сводке С.К. Черепанова (1995). Характеристика жизненных форм видов изученной флоры выполнена с учётом рекомендаций Н.П. Савиных (2010) по признакам: «число плодоношений особи», «длительность жизни особи», «тип жизненной формы по строению вегетативной сферы», «вегетативная подвижность особи», «тип побегов по положению в пространстве и длине междоузлий». Результаты На территории бассейна реки Вычегды по данным В.А. Мартыненко (1996) произрастают 736 видов сосудистых растений. В водных и прибрежно-водных местообитаниях нами выявлено 213 таксонов сосудистых растений видового ранга. Не все из этих 213 таксонов обязательные компоненты флоры водоёмов. В состав её гидрофитного ядра входят 99 видов (Табл. 1). Освоение водной среды потребовало от сосудистых растений выработки ряда важных анатомических и морфологических приспособлений. Всё это нашло свое отражение в структуре их биоморф. Рассмотрим полученные нами данные отдельно по каждому из выше указанных признаков.

Число плодоношений особи (ЧПО) Основу гидрофитного ядра флоры Вычегодского бассейна составляют травянистые поликарпические (плк) растения (89 видов, 89,9%). Сюда же включены многократно спороносящие (плс) виды (Isoёtes setacea, Thelypteris palustris, Equisetum fluviatile, E. palustre) и три рдеста гибридного происхождения (Potamogeton ×suecicus, P. ×meinshausenii, P. ×bottnicus). Монокарпики (мнк) крайне редки в составе гидрофильной флоры бассейна, и её гидрофитного ядра особенно. Отмечено лишь 7 видов (7,1%). Это гигрогелофит Oenanthe aquatica и погружённый гидрофит Limosella aquatica. Группу олигокарпических растений (олк) представляют гигрогелофиты Cicuta virosa и Sium latifolium (2,0%). Длительность жизни особи (ДЖО) Известно (Кокин 1982), что у растений, произрастающих в условиях водной среды, многие органы и ткани задерживаются в своём развитии, исчезают ставшие ненужными им приспособления к наземной жизни. Это положение наглядно демонстрируют результаты анализа состава флоры по показателю «Длительность жизни особи». Почти 44,4% флоры (44 вида) – многолетние (мн), как правило, корневищные виды, произрастающие преимущественно на сырых, переувлажнённых грунтах (виды рода Carex, многие злаки (Glyceria maxima, Phragmites australis, Scolochloa festucacea). Важно отметить, что местообитания, осваиваемые большинством корневищных видов подвергается периодическому обсыханию. Сюда же включены многолетники замещающие (мнз). В водных местообитаниях доля корневищных многолетников невелика (5,1% от общего числа флоры). Это такие таксоны как Nuphar lutea, N. pumila N. ×spenneriana, Nymphaea candida, N. tetragona. Вместе с тем, в водной среде в пределах вычегодского бассейна 44 вида

Тетерюк Б.Ю. Биоморфологическая структура флоры бассейна реки Вычегда

169

Табл. 1. Аннотированный список гидрофитного ядра флоры водоёмов бассейна реки Вычегда. Расшифровка сокращений приведена в тексте Table 1. The annotated list of main hydrophytic group of the flora of Vychegda River water basin. See explanations in the text. № пп

Таксон

Морфологческие признаки ЧПО*

ДЖО

ЖФВС

ВПО

ТППП

плк

мн

ккщ

внп

опр

Alismataceae 1

Alisma plantago-aquatica L.

Sagittaria natans Pall.

плк

дгл

ст-кл

вп

опр

Sagittaria sagittifolia L.

плк

дгл

ст-кл

вп

опр

Cicuta virosa L.

олк

мнз

ккщ

внп

опр

Apiaceae 5

Oenanthe aquatica (L.) Poir

мнк

дв

ккщ

впн

опр

Sium latifolium L.

олк

мнз

ккщ

внп

опр

плк

мл

полз

вп

ппр

Araceae 7

Calla palustris L. Asteraceae

Bidens cernua L.

мнк

од

стк

внп

опр

Bidens tripartita L.

мнк

од

стк

внп

опр

Petasites radiatus ( J.F.Gmel.) Holub

плк

мн

дкщ

вп

оуд

Thelypteris palustris Schott

плк

мн

дкщ

вп

апр

Rorippa amphibia (L.) Bess.

плк

дгл

полз

вп

ппр

Butomus umbellatus L.

плк

мн

ккщ

вп

опр

Callitriche cophocarpa Sendtner

плк

дгл

бук

вп

апр

Brassicaceae Butomaceae Callitrichaceae 15

Callitriche hermaphroditica L.

плк

дгл

бук

вп

апр

Callitriche palustris L.

плк

дгл

бук

вп

апр

Ceratophyllum demersum L.

плк

дгл

бк

вп

суд

Carex acuta L.

плк

мн

дкщ

вп

опр

Ceratophyllaceae Cyperaceae 19

Carex aquatilis Wahlenb.

плк

мн

дкщ

вп

опр

Carex pseudocyperus L.

плк

мн

дкщ

вп

опр

Carex rhynchophysa C.A.Mey.

плк

мн

дкщ

вп

опр

Carex rostrata Stokes

плк

мн

дкщ

вп

опр

Carex vesicaria L.

плк

мн

дкщ

вп

опр

Eleocharis acicularis (L.) Roem. et Schult.

плк

мн

дкщ

вп

опр

Eleocharis mamillata Lindb.

плк

мн

дкщ

вп

опр

Eleocharis ovata (Roth.) Roem. & Schult.

мк

од

кк

внп

опр

Eleocharis palustris (L.) Roem. et Schult.

плк

мн

дкщ

вп

опр

170

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Табл. 1. Продолжение. Table 1. Continued. № пп

Таксон

Морфологческие признаки ЧПО*

ДЖО

ЖФВС

ВПО

ТППП

Eleocharis qiunqueflora (Hartm.) O.Schwarz.

плк

мн

дкщ

вп

опр

Eleocharis uniglumis (Link) Schult.

плк

мн

дкщ

вп

опр

Scirpus lacustris L.

плк

мн

дкщ

вп

опр

мнк

од

кк

вп

ауд

Elatinaceae 31

Elatine hydropiper L. Equisetaceae

Equisetum fluviatile L.

плс

мн

дкщ

вп

оуд

Equisetum palustre L.

плс

мн

дкщ

вп

оуд

Myriophyllum sibiricum Kom.

плк

дгл

бук

вп

уупг

Haloragaceae 35

Myriophyllum spicatum L.

плк

мн

ккщ

вп

уупг

Myriophyllum verticillatum L.

плк

дгл

бук

вп

уупг

плк

дгл

пст

вп

оуд

Hippuridaceae 37

Hippuris vulgaris L. Hydrocharitaceae

Elodea canadensis Michx.

плк

дгл

бук

вп

уупг

Hydrocharis morsus-ranae L.

плк

дгл

ст-роз

вп

спр

Stratiotes aloides L.

плк

дгл

ст-роз

вп

спр

плс

мн

ккщ

внп

урпг

Isoёtaceae 41

Isoёtes setacea Durieu Lemnaceae

Lemna minor L.

плк

дгл

лтц

вп

слпв

Lemna trisulca L.

плк

дгл

лтц

вп

слпг

Spirodela polyrhiza (L.) Schleid

плк

дгл

лтц

вп

слпв

Lentibulariaceae 45

Utricularia intermedia Hayne

плк

дгл

бк

вп

суд

Utricularia minor L.

плк

дгл

бк

вп

суд

Utricularia vulgaris L.

плк

дгл

бк

вп

суд

плк

мн

ккщ

внп

оуд

плк

мн

полз

вп

пуд

плк

мн

дкщ

вп

урпл

Lythraceae 48

Lythrum salicaria L. Menyanthaceae

Menyanthes trifoliata L.

Nuphar lutea (L.) Smith

Nymphaeaceae 51

Nuphar pumila (Timm) DC

плк

мн

дкщ

вп

урпл

Nuphar × spenneriana Gaudin

плк

мн

дкщ

вп

урпл

Nymphaea candida Presl

плк

мн

дкщ

вп

урпл

Nymphaea tetragona Georgi

плк

мн

ккщ

вп

урпл

Тетерюк Б.Ю. Биоморфологическая структура флоры бассейна реки Вычегда

171

Табл. 1. Продолжение. Table 1. Continued. № пп

Таксон

Agrostis stolonifera L.

Морфологческие признаки ЧПО*

ДЖО

ЖФВС

ВПО

ТППП

плк

мн

рку-ст

вп

ауд

Poaceae 56

Alopecurus aequalis Sobol.

плк

мн

рку-ст

вп

ауд

Alopecurus geniculatus L.

плк

мн

рку-ст

вп

ауд

Glyceria maxima (Hartm.) Holmb.

плк

мн

дкщ

вп

апр

Glyceria notata Chevall.

плк

мн

дкщ

вп

апр

Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud.

плк

мн

дкщ

вп

оуд

Scolochloa festucacea (Willd.) Link.

плк

мн

дкщ

вп

оуд

Rumex aquaticus L.

плк

мн

стк

внп

оуд

Polygonaceae 63

Persicaria amphibia (L.) S.F.Gray

плк

мн

дкщ

вп

уупл

Persicaria hydropiper (L.) Spach

мнк

од

стк

внп

оуд

плк

дгл

пст

вп

оуд

Primulaceae 65

Naumburgia thyrsiflora (L.) Reichenb. Ranunculaceae

Batrachium kauffmannii (Clerc.) V.Krecz.

плк

дгл

бук

вп

уупг

Batrachium trichophyllum (Chaix) Bosch.

плк

дгл

бук

вп

уупг

Caltha palustris L.

плк

мл

кк

внп

опр

Ranunculus lingua L.

плк

дгл

пст

вп

оуд

Comarum palustre L

плк

стлн

дкщ

вп

стл

Potamogeton alpinus Balb.

плк

дгл

пст

вп

уупг

Rosaceae Potamogetonaceae 72

Potamogeton berchtoldii Fieb.

плк

дгл

бук

вп

уупг

Potamogeton compressus L.

плк

дгл

бук

вп

уупг

Potamogeton filiformis Pers.

плк

дгл

пст

вп

уупг

Potamogeton friesii Rupr.

плк

дгл

бук

вп

уупг

Potamogeton gramineus L.

плк

дгл

пст

вп

уупг

Potamogeton lucens L.

плк

дгл

пст

вп

уупг

Potamogeton natans L.

плк

дгл

пст

вп

уупл

Potamogeton obtusifolius Mert. & Koch

плк

дгл

бук

вп

уупг

Potamogeton pectinatus L.

плк

дгл

пст

вп

уупг

Potamogeton perfoliatus L.

плк

дгл

пст

вп

уупг

Potamogeton praelongus Wulf.

плк

дгл

пст

вп

уупг

Potamogeton pusillus L.

плк

дгл

бук

вп

уупг

Potamogeton trichoides Cham et Schlecth.

плк

дгл

бук

вп

уупг

Potamogeton ×angustifolius J. Presl.

плк

дгл

пст

вп

уупл

Potamogeton × meinshausenii Juz.

плк

дгл

пст

вп

уупг

172

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Табл. 1. Продолжение. Table 1. Continued. № пп

Таксон

Морфологческие признаки ЧПО*

ДЖО

ЖФВС

ВПО

ТППП

Potamogeton × bottnicus Hagstr.

плк

дгл

пст

вп

уупг

Potamogeton × cognatus Asch. et Graebn.

плк

дгл

пст

вп

уупг

Potamogeton × nitens Web.

плк

дгл

пст

вп

уупг

Potamogeton ×sparganiifolius Laest. ex Beurl.

плк

дгл

пст

вп

уупл

Potamogeton × suecicus K. Richt.

плк

дгл

пст

вп

уупг

мнк

од

ст-роз

вп

опр

Scrophulariaceae 92

Limosella aquatica L. Sparganiaceae

Sparganium angustifolium Michx.

плк

мн

дкщ

вп

уупл

Sparganium emersum Rehm.

плк

мл

дкщ

вп

опр

Sparganium glomeratum (Laest.) L.Neum.

плк

мл

дкщ

вп

опр

Sparganium microcarpum (Neum.) Raunk.

плк

мн

дкщ

вп

опр

Sparganium minimum Wallr.

плк

мн

дкщ

вп

уупл

Typhaceae 98

Typha angustifolia L.

плк

мн

дкщ

вп

апр

Typha latifolia L.

плк

мн

дкщ

вп

апр

поликарпических растений (44,4%) не образуют многолетних органов. Г.Н. Высоцкий (1915) предложил называть их «вегетативные малолетники». Такие растения Е.Л. Любарский (1961, 1994) называл вегетативными однолетниками. Однако, однолетниками в строгом понимании этого термина, у которых полный онтогенез проходит за один год, они не являются. По сути своей – это крайне редуцированный вариант многолетников. Полный онтогенез и функционирование апикальной меристемы у данной группы видов длится неопределённо долгое время. Нами для обозначения данной биоморфы предложен термин «долголетники» (дгл) (Тетерюк 2012). К этой группе отнесены растения, чей онтогенез длится неопределённо долгое время, их вегетативная сфера почти полностью отмирает в конце вегетационного периода, а перезимовывают они в виде специализированных или неспециализированных турионов, несущих почки возобновления. Примерами

долголетников во флоре водоёмов бассейна реки Вычегда служат Ceratophyllum demersum, Potamogeton alpinus, Hippuris vulgaris, Ranunculus lingua и др. Группу малолетних (мл) растений (7,1%) образуют гело- и гигрогелофиты (Caltha palustris, Sparganium emersum, S. glomeratum, S. microcarpum, S. angustifolium, S. minimum и Calla palustris). Ещё одна характерная черта биоморфологической структуры изучаемой флоры – низкая доля однолетников (од), которые, как и двулетники, представлены одним видом (Limosella aquatica и Oenanthe aquatica, соответственно). Типы жизненных форм по строению вегетативной сферы (ЖФВС) Говоря о сглаженности, некоторой выравненности экологических условий в водной среде, необходимо осознавать, что водная компонента гидроморфных экотопов – это лишь одна из трёх сред, осваиваемых

Тетерюк Б.Ю. Биоморфологическая структура флоры бассейна реки Вычегда произрастающими здесь растениями. Им на фоне общего упрощения строения тела приходится вырабатывать приспособления к намного большим вариантам экологических условий, чем растениям наземных местообитаний. В составе гидрофитного ядра флоры водоёмов бассейна реки Вычегды выделено 12 типов жизненных форм по строению вегетативной сферы. Среди них закономерно преобладают длиннокорневищные (дкщ) виды (32 вида, 32,3%). Это преимущественно гелои гигрогелофиты, т.е. виды прибрежных местообитаний (Equisetum palustre, Typha latifolia, Eleocharis palustris) и только пять видов, обитающих в водной среде (Nuphar luteа, N. pumila, N. ×spenneriana, Nymphaea candida и Persicaria amphibia). Значительно меньшим числом (17 видов, 17,2%) представлены подземностолонные (пст) (в основном это широколистные виды рода Potamogeton) и базальноукореняющиеся (бук) виды (14 видов, 14,1%) (Myriophyllum sibiricum, Callitriche cophocarpa, Potamogeton berchtoldii, Elodea canadensis и др.). Обе эти группы (подземностолонные и базальноукореняющиеся) − суть есть долголетники. В составе гидрофитного ядра флоры насчитывается 9 (9,1%) короткокорневищных (ккщ) видов. Из них 6 − гигро- и гигрогелофиты (Alisma plantagoaquatica, Oenanthe aquatica, Butomus umbellatus, Cicuta virosa, Sium latifolium, Lythrum salicaria) и 3 вида – гидрофиты (Isoёtes setacea, Myriophyllum spicatum и Nymphaea tetragona). По 2-4 вида включают бескорневые (бк), стержнекорневые (стк), кистекорневые (кк), листецовые (лтц), ползучие (полз), столоннорозеточные (ст-роз), столонно-клубневые (ст-кл), рыхлокустовые и рыхлокостовостолонообразующие (рку-ст). Вегетативная подвижность особи (ВПО) Очевидно, что растения, обладающие длинными корневищами и формирующие столоны или вовсе не закрепленные в грунте

173

и плавающие свободно, обладают высокой степенью вегетативной подвижности. Из 99 видов флоры 83 (83,8%) проявляют выраженную способность к вегетативной подвижности (вегетативно подвижные (вп)). Только 11 видов (11,1%) отнесены нами в категорию вегетативно неподвижных (внп). Это короткокорневищные гидрофиты − Isoёtes setacea, Myriophyllum spicatum и Nymphaea tetragona, короткокорневищные гигрогелофиты − Oenanthe aquatica, Butomus umbellatus, Sium latifolium, Lythrum salicaria и Cicuta virosa, короткокорневищный гелофит − Alisma plantago-aquatica, кистекорневой Caltha palustris, гигрогелофит − стержнекорневой гигрогелофит − Rumex aquaticus. Столь высокое соотношение вегетативно подвижных и вегетативно неподвижных растений в составе флоры (9:1) обусловлено спецификой воздействия воды как экологического фактора на тело растения: 1. у растений водоёмов отсутствует необходимость удерживать освоенные ими участки грунта (пространства); 2. большинство видов растений вод, в отличие от наземных растений, не формируют многолетних органов (корневищ), что позволяет им свободно перемещаться внутри среды обитания. Тип побегов по положению в пространстве и длине междоузлий (ТППП) Разнообразие структур надземных (надгрунтовых) побегов у видов флоры по положению в пространстве и длине их междоузлий отражено в 11 группах биоморф: шесть у прибрежно-водных (гелои гигрогелофитов) и пять у водных трав (гидрофитов). Мелководные участки водоёмов и водотоков заселяют преимущественно травы с ортотропными побегами (38 видов), среди которых большая часть (27 видов) имеют в основании побега розеточную часть (опр) (Sparganium emersum, Eleocharis acicularis, Alisma plantago-aquaticа) и 11 видов – с

174

Modern Phytomorphology 3 (2013)

удлинёнными побегами (оуд) (Phragmites australis, Petasites radiatus, Ranunculus lingua). Видов с анизотропными побегами значительно меньше (10 видов: 2 – с удлинёнными побегами (ауд) и 8 – с полурозеточными (апр)) и встречаются они, как правило, на участках заболоченных, периодически обсыхающих мелководий (Glyceria maxima, Agrostis stolonifera, Typha latifolia и др.). Видов с плагиотропными побегами (плагиотропные полурозеточные (ппр) и плагиотропные удлинённые (пуд)) в составе изучаемой флоры только три (Calla palustris, Menyanthes trifoliata и Rorippa amphibia). Водные травы (гидрофиты) по способности закрепления в грунте подразделены на укореняющиеся и свободноплавающие. Среди указанных групп численно преобладают укореняющиеся − 36 видов (Myriophyllum sibiricum, Nymphaea candida, Potamogeton lucens, P. filiformis, P. alpinus, Sparganium minimum и др.). При этом, на долю укореняющихся погружённых видов как с удлинёнными побегами (уупг), так и с розеточными побегами (урпг) приходится около 25% от состава флоры (25 видов), а укореняющихся с плавающими на поверхности листьями аналогично как с удлинёнными побегами (уупл), так и с розеточными побегами (урпл) − около 11% (11 видов). Среди свободноплавающих, общая численность которых составляет 9 видов: с удлиннёными плагиотропными побегами (суд) – 4 вида (Utricularia intermedia, U. minor, U. vulgaris и Ceratophyllum demersum), розеточных (спр) – 2 вида (Hydrocharis morsusranae, Stratiotes aloides) и 3 вида листецовых, среди которых 2 свободноплавающие на поверхности воды (слпв) (Lemna minor и L. trisulca) и один – свободноплавающий в толще воды (слпг) (Spirodela polyrhiza). Заключение Результаты анализа спектра жизненных форм гидрофитного ядра флоры водоёмов бассейна реки Вычегда показывают, что

оно сформировано преимущественно многолетними травянистыми растениями, обладающими выраженной способностью к вегетативной подвижности. В водных местообитаниях большее развитие получают поликарпические длиннопобеговые долголетники (вегетативые однолетники), на прибрежноводных местообитаниях − поликарпические длиннокорневищные многолетники. Благодарности Искренне благодарю Н.П. Савиных (ВятГГУ, г. Киров), Ю.А. Боброва (ИБ КомиНЦ УрО РАН, г. Сыктывкар), А.Г. Лапирова (ИБВВ РАН, п. Борок) за консультации, помощь литературой и конструктивные замечания по содержанию статьи. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты №№ 06-04-49109-а, 10-04-01562-а). Цитируемые источники Антипова Е.М. 2008. Анализ жизненных форм северных лесостепей Средней Сибири. Вестн. Красноярского государственного аграрного университета 2: 112–119. Братцев А.А., Братцев А.П. (ред.). 1997. Атлас по климату и гидрологии Республики Коми. Дрофа, Москва. Высоцкий Г.Н. 1915. Ергеня. Культурнофитологический очерк. Тр. бюро по прикладн. ботанике. Год 8-ой 10-11: 1113−1436. Зверева О.С. 1969. Особенности биологии главных рек Коми АССР. Наука, Ленинград. Качкин К.В. 2009. Биоморфологическая структура урбаноценофлоры правобережья Новосибирска. Вестн. Томского государственного педагогического университета 6: 147−150. Кокин К.А. 1982. Экология высших водных растений. Изд-во Московского ун-та, Москва. Любарский Е.Л. 1961. Об эволюции вегетативного возобновления и размножения травянистых поликарпиков. Бот. журн. 46 (7): 961−968. Любарский Е.Л. 1994. Вегетативные однолетники. В сб.: Еленевский А.Г. (ред.), Успехи экологической морфологии растений и её влияние на смежные науки: 11. Прометей, Москва.

Тетерюк Б.Ю. Биоморфологическая структура флоры бассейна реки Вычегда Мартыненко В.А. 1996. Флора северной и средней подзон тайги Европейского Северо-Востока: Автореф. дисс. … докт. биол. наук. Екатеринбург. Одум Ю. 1975. Основы экологии. Мир, Москва. Папченков В.Г. 2001. Растительный покров водоемов и водотоков Среднего Поволжья. ЦМП МУБиНТ, Ярославль. Папченков В.Г., Щербаков А.В., Лапиров А.Г. 2003. Основные гидроботанические понятия и сопутствующие им термины. Гидроботаника: методология и методы (Мат. школы по гидроботанике, Рыбинск): 27−38. Папченков В.Г., Щербаков А.В., Лапиров А.Г. 2006. Рекомендуемые для использования общие понятия гидроботаники. Гидроботаника – 2005 (Мат. VI Всероссийской школы-конференции по водным макрофитам, Борок, 11–16 октября 2005 г.): 377−378. Раменский Л.Г., Цаценкин И.А., Чижиков О.Н., Антипин А.Н. 1956. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. Сельхозгиз, Москва.

175

Савиных Н.П. 2010. О жизненных формах растений водоёмов и водотоков. Гидроботаника – 2010 (Мат. I (VII) Международной конференции по водным макрофитам): 31–38. Свириденко Б.Ф. 1991. Жизненные формы цветковых гидрофитов Северного Казахстана. Бот. журн. 76 (5): 687−698. Свириденко Б.Ф. 2000. Флора и растительность водоёмов Северного Казахстана. Изд-во ОмГПУ, Омск. Серебряков И.Г. 1962. Экологическая морфология растений. Наука, М. Тетерюк Б.Ю. 2012. Биоморфологическая структура флоры древних озёр Европейского Северо-Востока России. Бот. журн. 97 (2): 231−245. Черепанов С.К. 1995. Сосудистые растения России и сопредельных государств. Мир и семья, СанктПетербрг. Юдин Ю.П. 1954. Геоботаническое районирование. Производительные силы Коми АССР. Т. III/I: 323−359. Изд-во АН СССР, Москва.

BIOMORPHOLOGICAL STRUCTURE OF THE FLORA OF VYCHEGDA RIVER WATER BASIN Boris Yu. Teteryuk Abstract. The annotated list and biomorphological analysis of water flora from the basin of Vychegda River are represented. Flora of water bodies is mostly represented by perennial herbaceous plants which have high expansion potential. A lot of species from these flora belong to the special biomorphological group of polycarpous long-lived plants. Key words: life forms, biomorphological structure, water flora Institute of Kem River Biology of Ural Deparment of RAS, 28 Kommunisticheskaya str., Syktyvkar, 167982, Russia; b_teteryuk@ib.komisc.ru

Modern Phytomorphology 3: 177–182, 2013

УДК 582.675.5:581.3

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭМБРИОЛОГИИ GLAUCIUM FLAVUM CRANTZ (PAPAVERACEAE) Светлана В. Шевченко Аннотация. Дана характеристика процессов формирования микро- и мегаспорангиев Glaucium flavum. Показаны особенности строения мужских и женских генеративных структур и сделано предположение о возможности формирования нормальных плодов и семян. Ключевые слова: Glaucium flavum, микроспорангий, семязачаток Никитский ботанический сад – Национальный научный центр, пгт Никита, г. Ялта, АР Крым, 98648, Украина; Shevchenko_nbs@ukr.net

Введение Проблема сохранения биологического разнообразия является одной из важнейших проблем современности. И это особенно касается видов растений различных категорий природоохранного статуса. К категории редких видов флоры Украины наряду с другими видами относится и мачок желтый (Glaucium flavum Crantz) (Голубев 1996; Новосад і Крицька 2009). Этот вид является эндемиком Крыма, представлен малочисленными популяциями, разбросанными по территории южного берега (Голубев 1996; Ена 2012). G. flavum декоративен и считается лекарственным растением, поскольку содержит алкалоиды глуацин, гвинарин, кверцетин и др., которые используются в лекарственных препаратах для лечения заболеваний органов дыхания, изучен недостаточно. Материалы и методы исследований Изучение эмбриологических процессов G. flavum проведены на постоянных препаратах, приготовленных по общепринятым методикам (Ромейс 1954; Паушева 1990). Для фиксации бутонов разной величины, цветков и завязей использован фиксатор Чемберлена (спирт этиловый 70% – 90 частей: формалин 40% – 5 © The Author(s), 2013

частей: ледяная уксусная кислота – 5 частей). Препараты окрашены гематоксилином по Гейденгайну с подкраской алциановым синим (Жинкина и Воронова 2000) и метилгрюпиронином с той же подкраской (Шевченко и Чеботарь 1992). Срезы толщиной 8-10 мкм изготовляли на ротационном микротоме. Анализ препаратов проводен с помощью микроскопа «Jenamed 2» фирмы Carl Zeiss. Фотоснимки выполнены с помощью цифровой фотокамеры Canon A 550. Результаты и их обсуждение G. flavum входит в состав рода Glaucium, насчитывающего 30 видов (Морозова 1980). Это европейско-средиземноморский вид, двухлетнее либо многолетнее травянистое растение. Природный ареал вида охватывает побережья морей Европы, Передней Азии и Северной Африки. В Крыму произрастает на южном берегу по каменистым склонам. Цветет в мае-июне, плодоносит в июнесентябре. В первый год жизни развивает прикорневую розетку листьев, во второй появляются облиственные генеративные побеги. Цветки одиночные, до 5 см в диаметре, располагаются на верхушках побегов или в пазухах листьев (Рис. 1). Андроцей представлен свободными многочисленными тычинками.

178

Рис. 1. Общий вид цветущего растения Glaucium flavum. Fig. 1. Common view of flowering plant Glaucium flavum.

Пыльники 4-гнездные, двутековые. Стенка микроспорангия развивается центростремительно, и сформированная представлена эпидермисом, эндотецием, двумя средними слоями и тапетумом (Рис. 2 А). Тапетум стенки микроспорангия является производным вторичного париетального слоя, со стороны связника он образуется из клеток паренхимы связника. Тетрада микроспор формируется симультанно, они могут быть тетраэдральными, крестообразными или изобилатеральными. На стадии тетрады микроспор стенка микроспорангия состоит из эпидермиса, эндотеция, одного среднего слоя и тапетума (Рис. 2 Б). На этой стадии заметны преобразования клеток тапетума, их оболочки начинают лизировать, и постепенно тапетум становится амебоидным (Рис. 2 В), что согласуется с данными Г.М. Ильиной (1981) и О.П. Камелиной (2009). Стенка зрелого пыльника состоит из сплющенных клеток эпидермиса, фиброзного

Modern Phytomorphology 3 (2013) эндотеция и остатков среднего слоя (Рис. 3). Зрелая пыльца представлена 2-клеточными пыльцевыми зернами. В пыльнике наряду с морфологически нормальными пыльцевыми зернами встречаются дефектные. Следует отметить, что в процессе мейоза и при дифференцирующем митозе отмечены отклонения, которые в конечном итоге приводят к дегенерации некоторого количества пыльцевых зерен. Примордий семязачатка формируется за счет антиклинальных делений двух поверхностных слоев плаценты, а также за счет антиклинальных и периклинальных делений глубжележащих слоев клеток. В центре корпуса примордия формируется зона стержневой меристемы, представленная одним-двумя осевыми рядами клеток. В субэпидермальной зоне дифференцируется археспорий, который, делясь, образует первичную париетальную и спорогенную клетки (Рис. 4). Фуникулус короткий, внизу расширенный, изогнутый, конгенитально срастаясь с интегументом, образует рафе (Рис. 5). Микропиле зигзагообразное, образовано двумя интегументами. Эндостом сформирован внутренним интегументом, экзостом – наружным (Рис. 7). Интегументы эпидермального происхождения. Внутренний интегумент 3-слойный, начинает развиваться на стадии тетрады мегаспор, наружный – 2-слойный. В апикальной зоне оба интегумента значительно разрастаются, образуя интегументальные обтураторы (Рис. 6 и 7). Обтуратор внутреннего интегумента постепенно преобразуется в оперкулум, а обтуратор наружного интегумента в последующем образует ариллоид, входящий в состав семенной кожуры. В микропилярной зоне нуцеллуса четко выделяются тяжи клеток париетальной ткани, которые в последующем способствуют прорастанию пыльцевой трубки к зародышевому мешку (Рис. 7). В халазальной зоне семязачатка развиваются постамент, подиум и гипостаза, имеется плацентарный обтуратор, клетки которого сосочковидные,

Шевченко С.В. Особенности эмбриологии Glaucium flavum А

179

Б Э ЭН СС Т

Рис. 2. Фрагменты микроспорангиев Glaucium flavum на стадиях спорогенной ткани (А) и тетрады микроспор (Б): СС – средние слои; Т – тапетум; Э – эпидермис; ЭН – эндотеций. Fig. 2. Fragments of Glaucium flavum microsporangium on the stages of the sporogenous tissue (A) and microspore tetrad (Б): СС – middle layers; Т – tapetum; Э –epidermis; ЭН – endothecium.

Б АТ

ТМ

Рис. 3. Фрагменты микроспорангиев Glaucium flavum на стадии тетрады микроспор (А) и зрелого пыльника (Б): AT – амебоидный тапетум; ТМ – тетрады микроспор. Fig. 3. Fragments of Glaucium flavum microsporangium on the stages of the microspore tetrad (A) and mature anther (Б): АТ – amoebic tapetum; TM – tetrads of microspores.

крупные, радиально вытянутые (Рис. 5). Проводящий пучок доходит до халазы. В целом, семязачаток G. flavum можно охарактеризовать как фуникулярный, кампилотропный, крассинуцеллятный, битегмальный (Рис. 5). Зародышевый мешок 7-клеточный, моноспорический, формируется по Polygonum-типу. Яйцевой аппарат представлен

двумя грушевидными синергидами и яйцеклеткой. Полярные ядра расположены в центральной зоне центральной клетки зародышевого мешка, ближе к антиподам, чем к яйцеклетке. Антиподы крупные, клетки могут быть 2-ядерными или полиплоидными, занимают больше трети зародышевого мешка, сохраняются долго (Рис. 6). Часто клетки антипод сильно разрастаются,

180

Modern Phytomorphology 3 (2013) Э ОРК

А ПК СпК

Рис. 4. Формирование примордия семязачатка Glaucium flavum: А – археспориальные клетки; ОРК – осевой ряд клеток; ПК – париетальная клетка; СпК – спорогенная клетка; Э – эпидермис. Fig. 4. Development of the ovule primordium in Glaucium flavum: А – archesporial cells; ОРК – axial column of cells; ПК – parietal cell; СпК – sporogenous cell; Э – epidermis.

образуя антиподальный комплекс и выполняя функцию гаусториев (Рис. 8). В халазальной зоне зародышевый мешок сужается и часто достигает подиума. Выводы В результате анализа полученных данных установлено, что основными эмбриологическими признаками G. flavum являются следующие: а) 4-гнездный 2-тековый пыльник; б) центростремительный тип формирования стенки микроспорангия; в) амебоидный тапетум и двоякое его происхождение (со стороны связника он образуется из паренхимы связника); г) кампилотропный, крассинуцеллятный, битегмальный, фуникулярный семязачаток; д) наличие плацентарного, фуникулярного и интегументального обтураторов; е) формирование постамента, подиума и гипостазы;

ж) значительное развитие антипод и их гаусториальная функция. Показано, что состояние мужских и женских половых элементов в период массового цветения мачка на ЮБК позволяет предположить возможность эффективного опыления, оплодотворения и развития плодов и семян. Цитируемые источники Голубев В.Н. 1996. Биологическая флора Крыма. ГНБС, Ялта. Ена А.В. 2012. Природная флора Крымского полуострова. Н. Ореанда, Симферополь. Жинкина Н.А., О.Н. Воронова. 2000. К методике окраски эмбриологических препаратов. Бот. журн. 85 (6): 168–171. Ильина М.Н. 1981. Семейство Papaveraceae. В кн.: Яковлев М.С. (ред.). Сравнительная эмбриология цветковых растений. Winteraceae – Juglandaceae: 142–150. Наука, Ленинград. Камелина О.П. 2009. Систематическая эмбриология цветковых растений. Двудольные. Арктика, Барнаул.

Шевченко С.В. Особенности эмбриологии Glaucium flavum ПО

ФО

ИО

181

И Р

Н ЗМ

Рис. 5. Семязачаток Glaucium flavum: ЗМ – зародышевый мешок; И – интегументы; ИО – интегументальные обтураторы; Н – нуцеллус; ПО – плацентарный обтуратор; Р – рафе; Ф – фуникулус; ФО – фуникулярный обтуратор. Fig. 5. Ovule of Glaucium flavum: ЗМ – embryo sac; И – integuments; ИО – integumental obturators; Н – nucellus; ПО – placental obturator; Р – raphe; Ф – funiculus; ФО – funicular obturator;

АН

ПС

Рис. 6. Фрагмент семязачатка Glaucium flavum: АН – антиподы; ПС – постамент. Fig. 6. Fragment of Glaucium flavum АН – antipodal cells; ПС – postamentum.

ovules:

ИО ЭК ЭН ТК

АН

Рис. 7. Фрагменты семязачатков Glaucium flavum на стадии зрелого зародышевого мешка: АН – антиподы; ИО – интегументальный обтуратор; ТК – тяжи клеток париетальной ткани; ЭК – экзостом; ЭН – эндостом. Fig. 7. Fragments of Glaucium flavum ovules on the stage of the mature embryo sac: АН – antipodal cells; ИО – integumental obturator; ТК – rows of the parietal cells; ЭК – exostom; ЭН – endostom.

182

Modern Phytomorphology 3 (2013)

ТК

АН

Рис. 8. Фрагменты семязачатка Glaucium flavum: АН – антиподы; ТК – тяжи клеток париетальной ткани Fig. 8. Fragments of Glaucium flavum ovules: АН – antipodal cells; ТК – rows of the parietal cells. Новосад В.В., Крицька Л.І. 2009. Мачок жовтий. Glaucium flavum Crantz (G. luteum Scop.). У кн.: Дідух Я.П. (ред.). Червона книга України. Рослинний світ: 538. Глобалколсалтинг, Київ. Морозова Н.С. 1980. Семейство маковые (Papaveraceae). В кн.: Тахтаджян А.Л. (ред.). Жизнь растений. Т. 5, Ч. 1: 217–222. Просвещение, Москва.

Паушева З.П. 1990. Практикум по цитологии растений. Колос, Москва. Ромейс Б. 1954. Микроскопическая техника. Изд-во иностр. лит-ры, Москва. Шевченко С.В., Чеботарь А.А. 1992. Особенности эмбриологии маслины европейской (Olea europaea L.). Тр. Гос. Никит. бот. сада. 113: 52–61.

SOME FEATURES OF GLAUCIUM FLAVUM CRANTZ (PAPAVERACEAE) EMBRYOLOGY Svetlana V. Shevchenko Abstract. The processes of the development of micro- and megasporangium Glacium flavum Crantz have been characterized. The features of the male and female generative structures are shown. Key words: Glacium flavum, microsporangium, ovule Nikita Botanical Gardens–National Scientific Centre NAAS of Ukraine, Nikita, Yalta, Crimea, 98648, Ukraine; Shevchenko_nbs@ukr.net

Modern Phytomorphology 3: 183–188, 2013

УДК 582.573.76:581.32

ГЕНЕЗИС СЕМЯЗАЧАТКА И ЖЕНСКОГО ГАМЕТОФИТА HEMEROCALLIS ×HYBRIDA HORT. EX BERGMANS (HEMEROCALLIDACEAE) Татьяна Н. Кузьмина Аннотация. Представлены результаты изучения формирования и строения структур семязачатка Hemerocallis ×hybrida Hort. ex Bergmans (Hemerocallidaceae). Определен медионуцеллятный тип семязачатка, последовательность заложения и развития внутреннего и наружного интегументов, морфологические особенности организации нуцеллуса и семязачатка в целом (наличие постаменто-подиума; слияние внутреннего интегумента и нуцеллуса; лизис эпидермы нуцеллуса; морфологически слабо выраженная гипостаза; образование рафе; хорошо развитый проводящий пучок, достигающий наружного интегумента; дифференциация клеток наружного эпидермиса внутреннего интегумента). Внутренний интегумент сформирован из инициалей, расположенных в дермальном слое, наружный интегумент имеет дермально-субэпидермальное происхождение. Зародышевый мешок у H. ×hybrida развивается из халазальной мегаспоры по Polygonum-типу. Полярные ядра и ядра в антиподах сливаются до оплодотворения. Дегенерация зародышевых мешков связана с отмиранием спорогенных клеток, нарушением дифференциации его структурных элементов. У сорта ‘Pandora’s Box’ около 90% семязачатков стерильны. У сорта ‘Wally Nance’ преобладают семязачатки с морфологически нормальными зародышевыми мешками. Ключевые слова: Hemerocallis ×hybrida, Hemerocallidaceae, семязачаток, нуцеллус, зародышевый мешок Никитский ботанический сад – Национальный научный центр НААН Украины, пгт. Никита, г. Ялта, АР Крым, 98648, Украина; tnkuzmina@rambler.ru

Введение Hemerocallis ×hybrida Hort. ex Bergmans, или лилейник гибридный (сем. Hemerocallidaceae), – один из широко распространенных многолетников открытого грунта. В настоящее время насчитывается более 30 тыс. сортов лилейника, в то же время селекционная работа с данной культурой продолжается (Химина 2002; Улановская 2011). Следует учитывать, что основой успешной и целенаправленной гибридизации является знание потенциальных возможностей жизнеспособности гаметофитов родительских форм. Одним из этапов оценки жизнеспособности гаметофитов является выявление основных признаков организации генеративных структур. Однако, если вопросы генезиса и жизнеспособности мужского гаметофита представителей рода Hemerocallis L. в литературных источниках освещены достаточно подробно (Terasaka © The Author(s), 2013

& Tanaka 1974; Takamichi 1980; Шамров 1990; Xiong et al. 1998; Крохмаль 2005; Крестова 2010), то сведения о формировании и развитии женской генеративной сферы фрагментарны и, в ряде случаев, противоречивы (Савченко и Комар 1965; Комар 1982, 1983; Shin-ichi 1985, 1986; Шамров 1990, 1999а). Цель данной работы заключалась в выявлении особенностей формирования структур семязачатка H. ×hybrida, установлении признаков их аномального развития в связи с определением потенциальной жизнеспособности женского гаметофита. Материалы и методы исследований Объектами исследования были завязи и семязачатки бутонов на различных стадиях развития диплоидных сортов H. ×hybrida ‘Pandora’s Box’ и ‘Wally Nance’, культивируемых в генофондовой коллекции данной культуры Никитского ботанического

184

Modern Phytomorphology 3 (2013) фотокамеры Olympus SP-350. Классификация структур семязачатка приводится согласно типизации, предложенной И.И. Шамровым (1999б). Результаты и их обсуждение

Рис. 1. Примордий семязачатка Hemerocallis ×hybrida: аз – апикальная зона; бз – базальная зона; лз – латеральная зона; пз – периферическая зона (эпидермальный слой). Fig. 1. Ovule primordium of Hemerocallis ×hybrida: аз – apical zone; бз – basal zone; лз – lateral zone; пз – peripheral zone (epidermal layer).

сада – Национального Научного Центра НААН Украины (куратор коллекции – И.В. Улановская). Постоянные цитоэмбриологические препараты готовили по общепринятой методике (Паушева 1970). В качестве фиксатора использовали смесь Карнуа (этиловый спирт – хлороформ – уксусная кислота (6:3:1). После обезвоживания материал переводили в парафин. Парафиновые срезы толщиной 10-12 мкм делали на ротационном микротоме марки МРТУ. Препараты окрашивали гематоксилином с подкраской алциановым синим (Жинкина и Воронова 2000) или метилгрюнпиронином с алциановым синим (Шевченко и Чеботарь 1992). Для приготовления тотальных препаратов применяли метод просветления семязачатков, предложенный Л.И. Орел и др. (1988). Препараты анализировали с помощью микроскопов “Jenaval” (Carl Zeiss) и AxioScope A.1 (Carl Zeiss) методом светлого поля. При анализе тотальных препаратов семязачатков также применяли метод фазового контраста. Микрофотографии выполнены с помощью системы анализа изображения AxioCam ERc5s и цифровой

Примордии семязачатков морфологически различимы в завязях бутонов высотой 0,3 см. На начальных этапах развития семязачатка субэпидермальные клетки примордия делятся периклиально. На этой стадии в примордии можно выделить эпидермальный слой (или периферическую зону), а так же апикальную, латеральную и базальную зоны (Рис. 1). Апикальная зона у H. ×hybrida представлена одной клеткой, которая становится археспориальной, в дальнейшем преобразующейся в мегаспороцит. Клетки латеральной зоны делятся периклинально, что приводит к образованию латеральной области нуцеллуса, представленной двумя рядами удлиненных клеток, несколько скошенных по отношению к мегаспороциту (Рис. 2 А). Начиная со стадии мегаспорогенеза, происходит лизис клеток латеральной области нуцеллуса, примыкающих к зародышевому мешку. Базальная зона образована 3-4 рядами клеток (Рис. 2 Б). Базальные клетки образуют осевую часть нуцеллуса, которая в зрелом семязачатке совместно с эпидермальными клетками и клетками латеральной области образуют постаменто-подиум. Эпидермальный слой нуцеллуса, окружающий зародышевый мешок, сохраняется долго, но ко времени созревания зародышевого мешка он лизирует. Отсутствие париетальных клеток в апикальной области нуцеллуса, лизис эпидермы нуцеллуса и его латеральной области, примыкающей к зародышевому мешку, а также формирование постаменто-подиума позволяют характеризовать семязачаток H. ×hybrida, согласно классификации, предложенной И.И. Шамровым (1999б), как медионуцеллятный. Аналогичный тип семязачатка отмечен для H. citrina Baroni и H. ×hybrida И.И. Шамровым (1999а, 2002). Ранее у этих видов семязачатки

Кузьмина Т.Н. Генезис семязачатка и женского гаметофита Hemerocallis ×hybrida

185

Рис. 2. Семязачаток Hemerocallis ×hybrida на стадии мегаспороцита: А – закладка инициалей наружного интегумента; Б – формирование нуцеллуса; бон – базальная область нуцеллуса; ви – внутренний интегумент; ини – инициаль наружного интегумента; лон – латеральная область нуцеллуса; м – мегаспороцит; ни – наружный интегумент. Fig. 2. The ovule of Hemerocallis ×hybrida in the stage of megasporocyte: А – initial stages of inner integument formation; Б – development of nucellus; бон – basal region of nucellus; ви – inner integument; ини – initial cell of outer integument; лон – lateral region of nucellus; м – megasporocyte; ни – outer integument.

характеризовали как тенуинуцеллятные (Шамров 1990). У H. middendorffii Trautv. & C.A. Mey, H. flava (L.) L. описаны крассинуцеллятные семязачатки (Савченко и Комар 1965; Комар 1982). Внутренний интегумент опережает в развитии наружный. Его инициали имеют дермальное происхождение. Начало развития внутреннего интегумента происходит на стадии мегаспороцита, когда внутренний интегумент уже четко морфологически выражен. Первоначально он образован двумя слоями клеток, но в дальнейшем разрастается до четырех (Рис. 2). Как и у ряда видов рода Hemerocallis (Комар 1982), у рассматриваемых сортов отмечается слияние внутреннего интегумента и нуцеллуса. Клетки наружной эпидермы внутреннего интегумента уже на стадии мегаспороцита отличаются от паренхимных клеток интегумента четкой изодиаметрической формой и более густой цитоплазмой. В сформированном интегументе они представляют собой узкие, радиально направленные клетки с плотной цитоплазмой, с одним или двумя ядрами. В зрелом семязачатке паренхима внутреннего интегумента образована 4-6 слоями клеток, сужаясь в области микропиле.

Микропиле образовано внутренним наружного интегументом. Инициали интегумента расположены в эпидермальном и субэпидермальном слоях (Рис. 2 А). В зрелом семязачатке наружный интегумент представлен 10-12 слоями клеток. В ходе образования изгиба семязачатка наружный интегумент срастается с фуникулусом, в результате чего формируется рафе. Как и у большинства видов, у H. ×hybrida гипостаза формируется на уровне внутреннего интегумента в период его заложения. В сформированном семязачатке она представлена двумя рядами клеток, но морфологически слабо выражена. Халаза начинает формироваться в период закладки наружного интегумента. В сформированном семязачатке занимает незначительную часть семязачатка и может быть определена как мезохалаза. Фуникулус у H. ×hybrida очень короткий. Как было отмечено выше, он срастается с наружным интегументом с образованием рафе. В ходе развития семязачатка происходит его изгиб на 180°, таким образом, микропиле оказывается обращенным к плаценте, а халаза и микропиле находятся на одной оси, что характеризует семязачаток как анатропный. Микропилярно-халазальная ось зрелого

186

Рис. 3. Зрелый семязачаток Hemerocallis ×hybrida: ви – внутренний интегумент; г – гипостаза; зм – зародышевый мешок; мк – микропиле; ни – наружный интегумент; ппд – постаментоподиум; пр п – проводящий пучок; р – рафе; х – халаза; э ви – эпидермис внутреннего интегумента. Fig. 3. Mature ovule of Hemerocallis ×hybrida: ви – inner integument; г – hypostase; зм – embryo sac; мк – micropyle; ни – outer integument; ппд – postamentopodium; пр п – vascular bundle; р – raphe; х – chalaza; э ви – epidermis of the inner integument.

семязачатка совпадает с радиальной осью завязи. Проводящий пучок, образованный трахеидами со спиральными утолщениями, достигает наружного интегумента (Рис. 3). Таким образом, семязачаток у H. ×hybrida является анатропным, медионуцеллятным, битегмальным. Развитие зародышевого мешка начинается с закладки археспориальной клетки, которая в дальнейшем преобразуется в мегаспороцит (Рис. 1 и 2). В ряде случаев отмечено два мегаспороцита, но лишь один из них переходит к мегаспорогенезу, и образуется только один зародышевый мешок. В результате мейоза формируется линейная тетрада мегаспор. Зародышевый мешок развивается по Polygonum-типу из халазальной мегаспоры, остальные мегаспоры дегенерируют (Рис. 4). Уже на стадии плотного бутона зародышевый мешок H. ×hybrida полностью дифференцирован. В нем четко различаются яйцевой и антиподальный аппараты, полярные ядра. На данном этапе еще сохраняется эпидерма нуцеллуса, однако, в дальнейшем она лизирует, при этом к зародышевому мешку

Modern Phytomorphology 3 (2013) плотно примыкает внутренний интегумент. Яйцеклетка несколько крупнее синергид. У синергид хорошо выражен нитчатый аппарат. Антиподы крупные. Первоначально они имеют по два ядра, которые сливаются до оплодотворения. В этот же период происходит слияние полярных ядер (Рис. 5). У исследованных сортов установлены аномалии развития семязачатков, выражающиеся в дегенерации спорогенных клеток и зародышевых мешков, а также случаи нарушения дифференциации структур женского гаметофита, что приводит к их стерильности. Аномальные семязачатки преобладали у сорта ‘Pandora’s Box’ и составляли 91,05±2,85% от их количества в завязи, что свидетельствует о стерильности женской генеративной сферы данного сорта. В то же время в завязях ‘Wally Nance’ 90,35±3,16% семязачатков имеют дифференцированный морфологически нормальный зародышевый мешка, а следовательно, высокую потенциальную жизнеспособность женского гаметофита, что свидетельствует о вероятности эффективного использования данного сорта при гибридизации в качестве материнского. Выводы Семязачаток H. ×hybrida анатропный, медионуцеллятный, битегмальный. Цитоэмбриологическими особенностями семязачатка H. ×hybrida являются: слияние внутреннего интегумента и нуцеллуса; наличие постаменто-подиума; конгенитальное срастание наружного интегумента и фуникулуса с образованием рафе; лизис эпидермы нуцеллуса, окружающей зародышевый мешок к моменту его созревания; морфологически слабо выраженная гипостаза; дифференциация клеток наружного эпидермиса внутреннего интегумента; хорошо развитый проводящий пучок, достигающий наружного интегумента. Внутренний интегумент, имеющий дермальное происхождение, опережает в развитии наружный, образующийся из инициалей, расположенных в эпидермальном

Кузьмина Т.Н. Генезис семязачатка и женского гаметофита Hemerocallis ×hybrida

187

Рис. 4. Стадии развития зародышевого мешка Hemerocallis ×hybrida: А – фрагмент нуцеллуса на стадии двуядерного зародышевого мешка и дегенерация мегаспор; Б – семязачаток на стадии 4-ядерного зародышевого мешка. Fig. 4. Development stages of the embryo sac in Hemerocallis ×hybrida: А – the part of nucellus on the stage of binucleate embryo sac and degeneration of megaspore; Б – nucellus on the stage of 4-nucleate embryo sac.

Рис. 5. Зародышевый мешок Hemerocallis ×hybrida: А – на стадии рыхлого бутона; Б – на стадии цветка; ант – антиподы; ви – внутренний интегумент; пя – полярные ядра; с – синергиды; э – эпидермис нуцеллуса; я – яйцеклетка; я цк – ядро центральной клетки. Fig. 5. Embryo sac of Hemerocallis ×hybrida: А – stage of the flower bud; Б – stage of the flower; ант – antipodal cells; ви – inner integument; пя – polar nuclei; с – synergids; э – epidermis of nucellus; я – egg cell; я цк – nucleus of the centrals cell.

и субэпидермальном слоях. Зародышевый мешок у H. ×hybrida развивается по Polygonum-типу из халазальной мегаспоры. В зрелом состоянии он представлен семью клетками: яйцеклеткой, двумя синергидами, центральной клеткой и тремя крупными антиподами с диплоидными ядрами. В случае отмирания спорогенных клеток, нарушения дифференциации клеточных структур зародышевого мешка, а также

его дегенерации семязачатки оказываются стерильными. У сорта ‘Pandora’s Box’ стерильны более 90% семязачатков. У сорта ‘Wally Nance’ преобладают семязачатки с морфологически нормальными зародышевыми мешками. Благодарности Автор выражает благодарность куратору генофондовой коллекции лилейника

188

Modern Phytomorphology 3 (2013)

гибридного Никитского ботанического сада И.В. Улановской за помощь в подборе сортов и предоставленную возможность работы с коллекцией. Цитируемые источники Жинкина Н.А., Воронова О.Н. 2000. О методике окраски эмбриологических препаратов. Ботан. журн. 86 (6): 168–171. Комар Г.А. 1982. О типе семяпочки некоторых представителей подсемейства Asphodeloideae (Liliaceae). Ботан. журн. 67 (6): 800–805. Комар Г.А. 1983. Морфология семяпочек семейства Лилейных. Ботан. журн. 68 (4): 414–427. Крестова И.Н. 2010. Род Hemerocallis L. (семейство Hemerocallidaceae) в условиях культуры в Приморском крае. Автореф. дис. канд. биол. наук. Владивосток. Крохмаль І.І. 2005. Інтродукція видів і сортів роду Hemerocallis L. (Hemerocallidaceae R. Br.) у Донбасі та перспективи їх використання у декоративному садівництві. Автореф. канд. біол. наук. Ялта. Паушева З.П. 1970. Практикум по цитологии растений. Колос, Москва. Савченко М.И., Комар Г.А. 1965. Морфология семяпочек некоторых однодольных. В кн.: Яковлев М.С. (ред.), Морфология цветка и репродуктивных процесс у покрытосеменных растений: 74–113. Наука, Москва-Ленинград. Улановская И.В. 2011. Перспективные сорта лилейника гибридного (Hemerocallis hybrida Hort.) для использования в озеленении Южного берега Крыма. Бюл. Никит. ботан. сада 100: 102–105.

Химина Н.И. 2002. Лилейники. МПС, Москва. Шамров И.И. 1990. Семейство Hemerocallidaceae. В кн.: Батыгина Т.Б., Яковлев М.С. (ред.), Сравнительная эмбриология цветковых растений. Однодольные. Butomaceae–Lemnaceae: 83–87. Наука, Ленинград. Шамров И.И. 1999а. Развитие семязачатка и семени у некоторых представителей порядков Liliales и Amaryllidales. Ботан. журн. 84 (2): 13–33. Шамров И.И. 1999б. Семязачаток как основа воспроизведения цветковых растений: классификация структур. Ботан. журн. 84 (10): 1–35. Шамров И.И. 2002. Нуцеллус семязачатка: происхождение, дифференциация, структура и функции. Ботан. журн. 87 (10): 1–30. Шевченко С.В., Чеботарь А.А. 1992. Особенности эмбриологии маслины европейской (Olea europaea). Чеботарь А.А. (ред.), Цитолого-эмбриологические исследования высших растений: 52–61. Ялта. Орел Л.И., Константинова Л.Н., Дзюбенко Н.И., Казачковская Е.Б. 1988. Экспресс-методы определения фертильности зародышевых мешков люцерны: Методические указания. 1988. ВИР, Ленинград. Shin-ichi S. 1985. A cytochemical study of the embryo sac formation in Hemerocallis middeudorfi var. escuenta (Koidz.) Ohwi. Jpn. J. Genet. 60: 53–61. Shin-ichi S. 1986. Changes in the distribution of iron during embryo sac development of Hemerocallis middendorfi var. esculenta. Jpn. J. Genet. 61: 83–87. Takamichi M. 1980. On the development of the reticulate structure of Hemerocallis pollen (Liliaceae). Grana 19: 3–5. Terasaka O., Tanaka R. 1974. Cytological studies on the nuclear differentiation in microspore division of some angiosperms. J. Plant Res. 87 (3): 209–217. Xiong Z.-T., Chen S., Hong D., Luo Y. 1998. Pollen morphology and its evolutionary significance in Hemerocallis (Liliaceae). Nordic J. Bot. 18 (2): 183–189.

THE GENESIS OF OVULE AND FEMALE GAMETOPHYTE IN HEMEROCALLIS ×HYBRIDA HORT. EX BERGMANS (HEMEROCALLIDACEAE) Tatyana N. Kuzmina Abstract. The results of the study on formation and morphology of ovules’ structures in Hemerocallis ×hybrida Hort. ex Bergmans (Hemerocallidaceae) are represented. It has been determined that ovules are anatropous, of medionucellate type. The sequences of initiation and development of inner and outer integuments, as well as morphological features of nucellus and ovule organization (presence of postamento-podium; coalescence of inner integument and nucellus; lysis of nucellar epidermis; well developed vascular bundle attaining the outer integument; hypostasa which is poor morphologically expressed; raphe; differentiated cells of the outer epidermis of inner integument) have been described. The inner integument is of dermal origin, and outer integument is both of dermal and subdermal origin. Embryo sac in H. ×hybrida develops from a chalazal megaspore according to Polygonum-type. Antipods are binuclear. The two polar nuclei and antipods’ nuclei fuse before fertilization. Degeneration of sporogenous cells and embryo sacs, anomalies of their structures differentiation lead to the ovules sterility. Sterile ovules in the cultivar ‘Pandora’s Box’ are about 90%. The ovules with morphologically normal embryo sac prevail in the cultivar ‘Wally Nance’. Key words: Hemerocallis ×hybrida, Hemerocallidaceae, ovule, nucellus, embyo sac Nikita Botanical Garden – National Scientific Center NAAS Ukraine, Nikita, Yalta, Crimea, 98648, Ukraine; tnkuzmina@rambler.ru

Modern Phytomorphology 3: 189–194, 2013

УДК 581.33

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ПАЛИНОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ТРИБЫ ANTIRRHINEAE DUMORT. (VERONICACEAE DURANDE) Зоя Н. Цымбалюк Аннотация. С использованием светового и сканирующего электронного микроскопов исследованы пыльцевые зерна 22 видов, принадлежащих к 6 родам трибы Antirrhineae Dumort. (Veronicaceae Durande). Установлено, что пыльцевые зерна 3-бороздно-оровые, эллипсоидальные, сфероидальные или сплющенно-сфероидальные, мелких и средних размеров с сетчатой скульптурой поверхности. Диагностическими признаками родового уровня являются детали строения апертур и скульптуры, форма и размеры пыльцевых зерен. Наиболее сходные пыльцевые зерна родов Linaria, Antirrhinum, Misopates и Cymbalaria, что, очевидно, свидетельствует о близком родстве этих таксонов. Роды Chaenorhinum и Kickxia имеют отличительные палиноморфологические признаки. Ключевые слова: Scrophulariaceae, Veronicaceae, Antirrhineae, пыльцевые зерна, морфология, скульптура, систематика Институт ботаники им. Н.Г. Холодного НАН Украины, ул. Терещенковская 2, Киев, 01601, Украина; palynology@ukr.net

Введение Трибу Antirrhineae Dumort. традиционно относили к семейству Scrophulariaceae Juss. (Takhtajan 1997, 2009). Согласно данным молекулярно-филогенетических исследований триба Antirrhineae принадлежит к семейству Veronicaceae Durande (Olmstead et al. 2001; Albach et al. 2005; Oxelman et al. 2005; Tank et al. 2006). Во «Флоре европейской части СССР» триба Antirrhineae представлена родами Kickxia Dumort., Antirrhinum L., Misopates Rafin., Chaenorhinum (DC.) Reichenb., Cymbalaria Hill и Linaria Mill. Представители трибы – однолетние или многолетние растения, реже полукустарники или кустарники (Иванина 1981). Сведения о морфологии пыльцевых зерен представителей Antirrhineae незначительны. В световом микроскопе изучены пыльцевые зерна Linaria vulgaris Mill. (Алешина 1978; Moore & Webb 1983). С помощью сканирующего электронного микроскопа приводятся характеристики пыльцевых зерен Antirrhinum glandulosum Lindl. (Minkin & Eshbaugh 1989), A. majus (L.) subsp. © The Author(s), 2013

tortuosum (Bosc.) Rouy, Kickxia aegyptica (L.) Nabelek, K. floribunda (Boiss.) V. Tackholm et Boulos (Karim & El-Oqlan 1989), а также 4 видов рода Linaria (Elisens 1986; Karim& El-Oqlan 1989). Характер стратификации экзины и структура ее слоев изучены на ультратонких срезах пыльцевых зерен A. majus, K. aegyptica и Linaria genistifolia (L.) Mill. (Karim & El-Oqlan 1989). Целью настоящего исследования являлось изучение пыльцевых зерен представителей трибы Antirrhineae для уточнения их морфологических (в первую очередь диагностических) признаков, а также для выяснения возможности использования их для целей систематики. Материалы и методы исследований Для палиноморфологических исследований были использованы гербарные материалы. Образцы пыльцы отобраны в гербарии Института ботаники им. Н.Г. Холодного НАН Украины (KW). Для исследования в световом микроскопе (Biolar) материал обрабатывали по общепринятому ацетолизному методу (Erdtman 1952).

190

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Цымбалюк З.Н. Палиноморфологическое исследование трибы Antirrhineae

191

192

Modern Phytomorphology 3 (2013)

◀ Рис. 1. Пыльцевые зерна трибы Antirrhineae (СЭМ): 1, 2 – Antirrhinum majus; 3 – Misopates orontium; 4, 5 – Cymbalaria muralis; 6 – Linaria genistifolia; 7 – L. cretacea; 8 – L. maeotica; 9 – Chaenorhinum klokovii; 10 – Kickxia spuria; 11 – K. elatine; 12 – Chaenorhinum minus; 2, 6, 10 – вид с экватора; 4 – вид с полюса; 1, 3, 5, 7, 8, 9, 11, 12 – скульптура поверхности. ◀ Fig. 1. Pollen grains of the tribe Antirrhineae (SEM): 1, 2 – Antirrhinum majus; 3 – Misopates orontium; 4, 5 – Cymbalaria muralis; 6 – Linaria genistifolia; 7 – L. cretacea; 8 – L. maeotica; 9 – Chaenorhinum klokovii; 10 – Kickxia spuria; 11 – K. elatine; 12 – Chaenorhinum minus; 2, 6, 10 – equatorial view; 4 – polar view; 1, 3, 5, 7, 8, 9, 11, 12 – sculpture of surface.

Для изучения с помощью сканирующего электронного микроскопа ( JSM-6060LA) материал наносили на монтажные столики, фиксировали в 96%-м этаноле и напыляли золотом в вакуумной установке. Исследованы пыльцевые зерна 22 видов (41 образца) трибы Antirrhineae. При описании пыльцы использована общепринятая терминология (Куприянова и Алешина 1972; Токарев 2002). Препараты пыльцы, микрофотографии и список исследованных образцов находятся в палинотеке гербария Института ботаники (KW-P). Результаты и их обсуждение Полученные данные показали, что пыльцевые зерна изученных видов 3-бороздно-оровые. У некоторых видов, в частности Kickxia elatine (L.) Dum., Antirrhinum majus L., Linaria cretacea Fisch. ex Spreng. и L. maeotica Klok. в одном и том же образце наряду с 3-бороздно-оровыми пыльцевыми зернами изредка встречаются и 4-бороздно-оровые. Пыльцевые зерна имеют эллипсоидальную, сфероидальную и сплющенно-сфероидальную форму. Очертания с экватора эллиптические, широкоэллиптические или округлые, с полюса 3-лопастные, слабо-3-лопастные или округло-треугольные. Для пыльцы родов Kickxia и Misopates, а также большинства видов Linaria характерна эллипсоидальная форма, для Cymbalaria – эллипсоидальная и сфероидальная. Для пыльцевых зерен родов Antirrhinum, Chaenorhinum и многих видов Linaria (например, L. euxina Velen., L. maeotica, L. duclis Klok., L. incompleta Kuprian., L. genistifolia, L. simplex (Willd.)

DC.) – эллипсоидальная, сфероидальная и сплющено-сфероидальная. Характерным признаком пыльцы Antirrhinum majus и Cymbalaria muralis Gaertn., Mey. et Scherb. являются округло-треугольные очертания. Пыльцевые зерна изученных видов имеют мелкие и средние размеры: полярная ось составляет 13,3–26,6 мкм, экваториальный диаметр – (10,6) 11,9-23,9 мкм. Самые мелкие характерны для Linaria simplex и L. bipartita (Vent.) Willd. У пыльцевых зерен всех изученных видов борозды длинные, широкие, с ровными, четкими краями, заостренными или слегка закругленными концами и гладкими бороздными мембранами, изредка зернистыми, и только у Cymbalaria muralis борозды с неровными краями. У пыльцы Antirrhinum majus борозды изредка сливаются по две на полюсах. Оры нечеткие, часто прикрыты краями борозд, или четкие, округлые или вытянутые по экватору, в частности у пыльцевых зерен рода Kickxia. Экзина 0,4–2,0 мкм толщиной, покровностолбиковая. Скульптура поверхности у пыльцевых зерен всех изученных видов сетчатая, отличия выявлено в деталях строения сетки. Пыльцевые зерна Antirrhinum majus (Рис. 1 1, 2), Cymbalaria muralis и Misopates orontium (L.) Raf. (Рис. 1 3) характеризуются сетчатой скульптурой с достаточно крупными ячейками, разными по форме: округлыми, округло-угловатыми или удлиненными. Сетка равномерно выражена по всей поверхности и только у Cymbalaria muralis (Рис. 1 4, 5) на апокольпиумах ячейки сетки более мелкие. У пыльцы всех видов рода Linaria (Рис. 1 7, 8) ячейки крупные, реже мелкие, сетка равномерно выражена по всей поверхности, изредка возле борозд

Цымбалюк З.Н. Палиноморфологическое исследование трибы Antirrhineae поверхность гладкая. У пыльцы L. genistifolia (L.) Mill. (Рис. 1 6) наряду с сетчатой скульптурой выявлено морщинистобугорчатую и сетчато-бугорчатую. Для пыльцевых зерен родов Kickxia и Chaenorhinum характерна мелкосетчатая скульптура. У пыльцы Kickxia (Рис. 1 10, 11) ячейки сетки мелкие, разные по форме: округлые, удлиненные, треугольные, округлоугловатые, стенки узкие. В то время как у пыльцы Chaenorhinum (Рис. 1 9, 12) ячейки очень мелкие (скорее всего напоминающие перфорации), преимущественно округлые, стенки широкие. Пыльцевые зерна изученных видов рода Kickxia проявляют сходство по основным признакам, только у K. elatine в отличие от K. caucasica (Mussin.) Kuprian. и K. spuria (L.) Dum. наряду с 3-бороздно-оровыми встречаются и 4-бороздно-оровые. Что касается пыльцевых зерен видов рода Chaenorhinum, то между ними выявлено отличия в толщине столбиков: у C. klokovii Kotov они более тонкие, чем в C. minus (L.) Lange. Род Linaria достаточно однообразный по палиноморфологическим признакам. Среди всех изученных видов наиболее четко по характеру скульптуры отличаются пыльцевые зерна L. genistifolia. Сопоставление признаков пыльцевых зерен с системой рода Linaria (Иванина 1981) показало, что секции Speciosae, Linaria и Diffusae имеют пыльцевые зерна мелких и средних размеров, в то время как секции Versicolores и Arvenses всегда мелкие. Для пыльцевых зерен секции Versicolores (в частности, L. bipartita) характерны более узкие борозды. Палиноморфологические данные частично согласуются с системой рода Linaria. Выводы Установлено, что диагностическими признаками родового уровня являются характер скульптуры, строение апертур, форма, очертание и размеры пыльцевых зерен. Отличительными особенностями характеризуются пыльцевые зерна рода

193

Kickxia. Они имеют очень четкие оры и мелкосетчатую скульптуру поверхности. Для пыльцы рода Chaenorhinum характерна скульптура, образована достаточно широкими стенками и очень мелкими ячейками, что не характерно для пыльцы других родов. Наиболее сходны по размеру, характеру скульптуры и строению апертур пыльцевые зерна родов Antirrhinum и Misopates, но в то же время отличаются по форме и очертаниям. Пыльцевые зерна рода Cymbalaria проявляют сходство с таковыми родов Antirrhinum и Misopates по скульптуре поверхности, однако имеют более мелкие размеры. Род Linaria по палиноморфологическим признакам наиболее близок к родам Antirrhinum, Misopates и Cymbalaria. Цитируемые источники Алешина Л.А. 1978. Род Linaria Mill. – Льнянка. Пыльца двудольных растений флоры европейской части СССР. Lamiaceae – Zygophyllaceae: 55. Наука, Ленинград. Иванина Л.И. 1981. Сем. Scrophulariaceae Juss. – Норичниковые. Флора европ. части СССР. Т. 5: 201–311. Наука, Ленинград. Куприянова Л.А., Алешина Л.А. 1972. Пыльца и споры растений флоры европейской части СССР. Т. 1. Наука, Ленинград. Токарев П.И. 2002. Морфология и ультраструктура пыльцевых зерен. Т-во науч. изд. КМК, Москва. Albach D.C., Meudt H.M., Oxelman B. 2005. Piecing together the «new» Plantaginaceae. Amer. J. Bot. 92 (2): 297–315. Elisens W.J. 1986. Pollen morphology and systematic relationships among New World species in tribe Antirrhineae (Scrophulariaceae). Amer. J. Bot. 73 (9): 1298–1311. Erdtman G. 1952. Pollen morphology and plant taxonomy. Angiosperms. Almqvist & Wiksell, Stockholm. Moore P.D., Webb J.A. 1983. An illustrated guide to pollen analysis. Hodder & Stoughton, London. Karim F.M., El-Oqlan A.A. 1989. Palynological studies in the family Scrophulariaceae from Jordan and Iraq. Pollen et Spores 31: 203–214. Minkin J.P., Eshbaugh W.H. 1989. Pollen morphology of the Orobanchaceae and rhinanthoid Scrophulariaceae. Grana 28: 1–18.

194

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Olmstead R.G., DePamphilis C.W., Wolfe A.D. et al. 2001. Disintegration of the Scrophulariaceae. Amer. J. Bot. 88 (2): 348–361. Oxelman B., Kornhall P., Olmstead R.G., Bremer B. 2005. Further disintegration of the Scrophulariaceae. Taxon 54: 411–425. Takhtajan A.L. 1997. Diversity and classification of flowering plants. Columbia Univ. Press, New York.

Takhtajan A. 2009. Flowering Plants. Springer Verlag. Tank D.C., Beardsley P.M., Kelchner S.A., Olmstead R.G. 2006. Review of the systematics of Scrophulariaceae s.l. and their current disposition. Austral. Syst. Bot. 19: 289–307.

COMPARATIVE PALYNOMORPHOLOGICAL INVESTIGATION OF THE REPRESENTATIVES TRIBE ANTIRRHINEAE DUMORT. (VERONICACEAE DURANDE) Zoya M. Tsymbalyuk Abstract. Pollen grains of 22 species from 6 genera of the tribe Antirrhineae (Veronicaceae) were studied using light and scanning electron microscopy. Pollen grains of the studied species are 3-colporate, prolate, spheroidal and oblatespheroidal, small and middle-sized. It is established that pollen grains are characterized by the common sculpture type, which is reticulate. Diagnostic features at the genus level are the structure of apertures and sculpture, shape and size of pollen grains. Pollen morphology supports the suggestion of a close relationship between Linaria, Antirrhinum, Misopates and Cymbalaria. The genera Chaenorhinum and Kickxia have the distinctive palynomorphological characters. Key words: Scrophulariaceae, Veronicaceae, Antirrhineae, pollen grains, morphology, sculpture, taxonomy M.G. Kholodny Institute of Botany, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2 Tereschenkivska str., Kyiv, 01601, Ukraine; palynology@ukr.net

Modern Phytomorphology 3: 195–199, 2013

УДК 581.4; 581.8

ОСОБЕННОСТИ АНАТОМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ОРГАНОВ RORIPPA PALUSTRIS (L.) BESS. (CRUCIFERAE) Светлана Шабалкина Аннотация. Описано анатомическое строение стебля, корня и листьев генеративных особей Rorippa palustris (L.) Bess., произрастающих в подзоне южной тайги Кировской области. Ключевые слова: Rorippa palustris, анатомия, корень, стебель, лист, клетка Вятский государственный гуманитарный университет, естественно-географический факультет, кафедра биологии, ул. Ленина 198, г. Киров, 610007, Россия; botany@vshu.kirov.ru

Введение В последние десятилетия исследования в области анатомии растений получили широкое развитие. Это связано не только с совершенствованием микроскопической техники, но и возрастающим значением получаемых данных для систематики (в первую очередь эволюционной), физиологии, экологии, палеоботаники, эмбриологии и других областей ботанической науки, описания изменения анатомического строения особей в онтогенезе, определения и подтверждения жизненной формы растений в сомнительных случаях. О значении анатомических признаков для филогенетической систематики Cruciferae писали H.J. Crantz (1769), J. Velenovský (1883), A. Hayek (1911), N.A. Busch (1927) и другие. Данное сообщение посвящено особенностям анатомического строения осевых органов Rorippa palustris (L.) Bess. – жерушника болотного. R. palustris циркумбореальный вид аркто-умеренных широт (Дорофеев 1998; Цвелёв 2000), гигрофит (Папченков 2001). Растения встречаются в Европе, за исключением Арктики, во всех районах Кавказа, Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока, Средней Азии, Новой Зеландии, Индии, Гималаях, Монголии, Японии, Китае, Северной и Южной Америке, © The Author(s), 2013

Австралии, северо-восточной Африке (Васильченко 1939). R. palustris произрастает во влажных местообитаниях: на лугах в поймах низкого уровня (чаще всего осоковых), в зарослях кустарников и травянистой растительности, на песчаных, глинистых и каменистых отмелях, по берегам стариц, озёр и небольших водоёмов, реже – на лесных и тундровых болотах. Нередко отмечается по сырым полям в посевах озимых и яровых культур, на залежах и паровых полях, изредка в пропашных культурах и на огородах, иногда по обочинам дорог, вдоль железнодорожной насыпи, по канавам, сырым вырубкам, близ старых строений и на мусорных местах (Котов 1979). Материалы и методы исследований Материал для исследования собирали в течение вегетационных сезонов 2009-2012 г.г. в четырёх естественных сообществах, расположенных на песчаных почвах в пойме реки Вятки в подзоне южной тайги Кировской области. Ранее нами (Шабалкина и Савиных 2010, 2011) описаны онтогенез и модульная организация, охарактеризованы местообитания R. palustris, определены ступени шкал для каждого изученного сообщества, построены диаграммы, демонстрирующие амплитуды

196

Modern Phytomorphology 3 (2013)

экологического ареала вида по всем факторам и экологического пространства изученных сообществ. На основе фитоиндикационных шкал по методике Л.А. Жуковой (2004) определена экологическая валентность R. palustris. Он характеризуется высокой валентностью по отношению к 5 факторам – криоклиматической (Cr=0,93), континентальности климата (Kn=0,87), кислотности почв (Rc=0,85), термоклиматической (Tm=0,76), омброклиматической аридности-гумидности (Om=0.73). По отношению к четырём факторам вид является мезовалентным (Nt=0,64; Hd=0,61; Lc=0,56; Tr=0,42). Индекс толерантности у R. palustris равен 0,71, что позволяет считать вид эврибионтным. В ходе лабораторной работы проведено исследование анатомического строения стебля, листьев и корней генеративных особей R. palustris. Все срезы сделаны вручную со свежего или фиксированного материала. Временные микропрепараты изучали под бинокулярным микроскопом Motic BA 300 со встроенной фотокамерой. Результаты и их обсуждение Стебель R. palustris голый, многогранный, выполненный, переходного типа с явно выраженными проводящими пучками. В его строении выделяются 3 анатомотопографические зоны: покровная ткань, коровая паренхима и центральный цилиндр (Рис. 1 А). Клетки эпидермы достаточно мелкие, плотно сомкнуты, покрыты тонкой кутикулой. Кроме того, видны крупные шаровидные клетки, подобные водоносным. Наличие последних, по-видимому, связано с произрастанием на участках, подверженных периодическому затоплению и длительному пересыханию в летний период. Ближайший к эпидерме 1 слой коровой паренхимы подобен колленхиме, глубже находятся 3-4 слоя рыхло расположенных слоёв тонкостенной паренхимы, диаметр клеток которых увеличивается центростремительно (Рис. 1 Б). Ограничивает кору слой крахмалоносного влагалища из

крупных, несколько сплющенных клеток. Изначально стебель имеет пучковое строение, постепенно становится переходным за счет мелких добавочных пучков (Рис. 1 Г). В отличие от растений с подобным анатомическим строением органа (например, как у подсолнечника) непучковым стебель не бывает. Сосудисто-волокнистые проводящие пучки открытые коллатеральные, первичная флоэма ограничена группой лубяных волокон (Рис. 1 В). Пучковый камбий двух-четырехслойный. Межпучковый камбий образуется позднее, менее выражен, откладывает в основном волокна либриформа или паренхиму с утолщенными оболочками. Сердцевина центрального цилиндра извилистая в очертании, образована крупными тонкостенными паренхимными клетками с большим количеством крахмальных зёрен. Эпидермис черешковых лировидных листьев однослойный, без опушения, с выраженными водоносными клетками подобными таковым в эпидерме стебля; нижний – с анизоцитным типом устьичного аппарата (Рис. 2 Г). Клетки эпидермы средней жилки прозенхимные с видимыми плазмодесмами (Рис. 2 В). Основные эпидермальные клетки изодиаметрические, побочные – разной формы и размера, замыкающие – бобовидной формы. Под верхней и нижней эпидермой в области средней жилки располагается один колленхимоподобный слой. Среднюю жилку образуют два-три закрытых коллатеральных проводящих пучка со склеренхимой. Листовая пластинка бифациальная: столбчатый мезофилл 1-2-слойный. Главный корень имеет вторичное анатомическое строение, в котором выражены перидерма, паренхима вторичной коры с крахмальными зернами и занимающий большую часть органа центральный цилиндр (Рис. 2 А). Камбий в виде сплошного кольца из нескольких рядов удлинённых в тангетальном направлении клеток. В центре корня выражена склеренхима (Рис. 2 Б).

Шабалкина С. Анатомическое строение вегетативных органов Rorippa palustris А

197

2 1 3 4

5 В

8 9 10 11

Рис. 1. Анатомическое строение стебля Rorippa palustris: А – фрагмент поперечного среза; Б – эпидерма и коровая паренхима; В – сосудисто-волокнистый проводящий пучок; Г – добавочные проводящие пучки; 1 – эпидерма; 2 – кутикула; 3 – коровая паренхима; 4 – крахмалоносное влагалище; 5 – центральный цилиндр; 6 – сердцевина; 7 – лубяные волокна; 8 – флоэма; 9 – камбий; 10 – ксилема; 11 – добавочные проводящие пучки. Fig. 1. Anatomical structure of Rorippa palustris stem: A – fragment of cross section; Б – epidermis and cortical parenchyma; B – fibro-vascular bundle; Г – additional vascular bundles; 1 – epidermis; 2 – cuticle; 3 – cortical parenchyma; 4 – endoderm; 5 – vascular cylinder; 6 – core; 7 – bast fibers; 8 – phloem; 9 – cambium; 10 – xylem; 11 – additional vascular bundles.

Выводы Таким образом, анатомическое строение описываемых органов типично для травянистых двудольных растений. Тем не менее, у R. palustris проявляется ряд признаков, сближающих его с мезофитами. Из-за произрастания на легких субстратах в

корнях отсутствуют крупные межклетники и аэренхима. Для поддержания ортотропного положения побега в наземно-воздушной среде развивается радиальное механическое кольцо в центральном цилиндре из нескольких слоёв одревесневших клеток. Подобное строение мы описывали и для воздушной части побега R. amphibia (L.) Bess. (Шабалкина и

198

Modern Phytomorphology 3 (2013) Б

2 3 4 5

Рис. 2. Анатомическое строение корня (А, Б) и эпидермы листа (В, Г) Rorippa palustris: А – фрагмент поперечного среза корня; Б – склеренхима корня; В – клетки эпидермы листа вдоль средней жилки; Г – анизоцитные устьица листовой пластинки; 1 – перидерма; 2 – паренхима вторичной коры; 3 – центральный цилиндр; 4 – камбий; 5 – склеренхима. Fig. 2. The anatomical structure of the root (А, Б) and leaf epidermis (В, Г) of Rorippa palustris: A – fragment of cross section through the root; Б – sclerenchyma in root; В – epidermal cells along main rib of the leaf; Г – anisocytic stomata on leaf blade; 1 – periderm; 2 – secondary cortical parenchyma; 3 – vascular cylinder; 4 – cambium; 5 – sclerenchyma.

Савиных 2009), но с 2-3 слоями. Особое внимание обращает наличие крупных клеток в эпидерме стебля и листьев, что является адаптацией к перенесению резких перепадов влажности в течение вегетационного сезона. Цитируемые источники Васильченко И.Т. 1939. Род 587. Жерушник – Roriрpa Scop. В кн.: Комаров В.Л., Буш Н.А. (ред.), Флора СССР. Т. 8: 135–141. Изд-во АН СССР, Москва – Ленинград. Дорофеев В.И. 1998. Род Rorippa (Brassicaceae) во флоре Кавказа. Ботан. журн. 83 (8): 98–106.

Жукова Л.А. 2004. Оценка экологической валентности видов основных экологоценотических групп. В кн.: Смирнова О.В. (ред.), Восточноевропейский леса. История в голоцене и современность. Кн. 1: 256–270. Наука, Москва. Котов М.И. 1979. Brassicaceae Burnett (Cruciferae Juss.) – Крестоцветные. В кн.: Федоров А.А. (ред.), Флора европейской части СССР. Т. 4: 30–148. Наука, Ленинград. Папченков В.Г. 2001. Растительный покров водоёмов и водотоков Среднего Поволжья. ЦМП МУБиНТ. Ярославль. Цвелёв Н.Н. 2000. Определитель сосудистых растений Северо-Западной России (Ленинградская, Псковская и Новгородская области). Изд-во СПХФА, СПб.

Шабалкина С. Анатомическое строение вегетативных органов Rorippa palustris Шабалкина С.В., Савиных Н.П. 2009. Особенности анатомического строения некоторых органов Rorippa amphibia (L.) Bess. в связи с местообитанием. Актуальные проблемы альгологии, микологии и гидроботаники (мат-лы международ. науч. конф., Ташкент, 11-12 сентября 2009 г.): 272– 274. Шабалкина С.В., Савиных Н.П. 2010. О жизненных формах Rorippa palustris (L.) Bess. Биологические типы Христена Раункиера и современная ботаника. Биоморфологические чтения к 150-летию со дня рождения Х. Раункиера (мат-лы Всероссийской науч. конф., Киров, 1-3 апреля 2010 г.): 283–288. Шабалкина С.В., Савиных Н.П. 2011. Экологоценотические и биоморфологические особенности Rorippa palustris (L.) Bess. Сорные растения в изменяющемся мире: актуальные вопросы изучения разнообразия, происхождения, эволюции (мат-лы I Международной науч. конф., Санкт-Петербург, 6-8 декабря 2011 г.): 341–346.

199

Busch N. A. 1927. Cruciferae asiaticae novae. Vestn. Tifl. Bot. Sada. III: 3. Crantz H. J. 1769. Classis Criciformium emendate. Lipsiae. Hayek A. 1911. Entwurf eines Criciferen-Systems auf phylogenetischer Grundlage. Beih. Bot. Centralbl. 27: 127–335. Velenovský J. 1883. O medových žlázkách rostlin křížatých a jich upotřebení v systematice řádu tohoto. Královská Česká Společnost Nauk, Praha.

THE PECULIARITIES OF ANATOMICAL ORGANIZATION OF SOME ORGANS IN RORIPPA PALUSTRIS (L.) BESS. (CRUCIFERAE) Svetlana Shabalkina Abstract. The anatomical organization of root, stem and leaves of generative exemplars of Rorippa palustris (L.) Bess., which grow in the southern taiga of Kirov region has been investigated. Key words: Rorippa palustris, anatomy, root, stem, leaf, cell Vyatka State University of Humanities, Natural geography faculty, Department of Biology, 198 Lenin str., Kirov, 610007, Russia; botany@vshu.kirov.ru

Modern Phytomorphology 3: 201–206, 2013

УДК 582.573.76

МОРФО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОРОСТКОВ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ РОДА TRIFOLIUM L. Валентина А. Калинкина Аннотация. В статье охарактеризованы морфо-биологические особенности проростков 6 видов рода Trifolium, относящихся к трем секциям: секции Lupinaster (T. lupinaster L., T. pacificum Bobr., T. eximium Steph. ex. DC.), секции Chronosemium (T. campestre Schreb.) и секции Trifolium (T. arvense L., T. pratense L.). Приведены размерные и морфологические характеристики основных структурных элементов проростков данных видов. Ключевые слова: Trifolium, Lupinaster, Chronosemium, проросток, морфология Ботанический сад-институт ДВО РАН г. Владивосток, ул. Маковского, 142, г. Владивосток, 690024, Россия; conf-lf@yandex.ru

Виды рода Trifolium L. (клевер) широко распространены на всех континентах, кроме Австралии, с наибольшим разнообразием в Восточном Средиземноморье, Западной Азии и Северо-Западной Америке, в горах Средней и Южной Америки. Род объединяет почти 300 видов (Павлова 1989; Бобров 1945). Палеоботанические находки клеверов родовой группы Trifolium датируются эоценом (Шапаренко 1940), центр происхождения видов расположен на территории Западной Европы. Центром видообразования рода Trifolium по данным Г.П. Яковлева (1991) является Северная Америка. На Дальнем Востоке России (рДВ) по данным Н.С. Павловой (1989) род представлен 15 видами, относящимися к 5 секция. Однако существует другая точка зрения на систематику рода (Черепанов 1995; Павлова 2006), согласно которой на территории рДВ в его состав включено только 2 секции: Involucrarium Hock. и собственно Trifolium, остальные же секции выведены в ранг родов. Род Lupinaster Adans. включает 4 вида, рода Amoria C. Presl и Chrysaspis Desv. – по три вида. Однако в данной работе мы опираемся на систематику рода, данную Н.С. Павловой (1989). В связи с этим по длительности жизни виды рода клевер © The Author(s), 2013

можно условно разделить на две группы однолетники (представители секций Ler., Involucrarium Hook.) и многолетники (виды секций Lotoidea Crantz, Lupinaster Link.). В секции Trifolium встречаются как однолетнике, так и многолетние виды. Выяснение биолого-морфологических особенностей прорастания растений и изучение начальных этапов онтогенеза является одним из звеньев при построении эволюции жизненных форм, в том числе и рода Trifolium в широком его понимании. В задачи нашей работы входило изучение морфо-биологических особенностей проростков особей клеверов из секций: Lupinaster (T. lupinaster L., T. pacificum Bobr., T. eximium Steph. ex. DC.), Chronosemium (T. campestre Schreb.) и Trifolium (T. arvense L., T. pratense L.). Наблюдения проводились как в условиях природы, так и в культуре. I. Секция Lupinaster Link. Для секции характерно семя округлояйцевидное, гладкое, с корешком зародыша равным ½-¾ длины семядолей, длиннее их или немного короче семядолей (Дудик 1979). Прорастание семян надземное, гипокотилярное.

202 1. T. lupinaster L. – клевер люпиновидный Летнезеленый, травянистый, симподиально нарастающий поликарпик с удлиненным моноциклическим, монокарпическим побегом. Полиморфный вид. Поливариантность проявляется в строении подземной сферы и окраске венчика (Калинкина 2012). Прорастание семян происходит на 2-3 сутки после посева, в природе – в конце июня – начале августа. Прорастание начинается с появления главного корня и последующего его заглубления, происходит формирование стержневой корневой системы. Длина главного корня у проростков в среднем до 20‑30 мм. Зачатки боковых корней появляются через 10-12 дней после прорастания, в это время боковые корни не ветвятся, достигают длины 20 мм. Клубеньки развиваются еще до подсыхания семядолей (на стадии образования первого тройчатосложного листа) на главном корне и в базальной или в средней части боковых корней. У изученных нами особей их количество достигает 4-5 шт. Семядольные листья зеленые, овальные, мясистые, черешковые, длина их 3-8 мм, ширина 2-6 мм. Выносятся на дневную поверхность на 6-10 день после посева. Длина черешка семядольного листа варьирует от 2-3 мм до 1,5 см. Почечка появляется через 1-2 дня после семядольных листьев. Уже через 2–3 дня развивается первый настоящий лист, он простой или однолисточковый. Листовая пластинка его округлая или округлопродолговатая, с выемкой на верхушке (Рис. 1 А). Т.И. Васильченко (1936, 1937) указывает на то, что для трибы Trifolieae и всех видов рода Trifolium характерно надземное прорастание и формирование первого простого, а второго и далее – тройчатосложных листьев. Ю.Р. Росков (1990) провел исследования онтоморфогенеза листьев нескольких видов клеверов (в том числе T. pacificum – «Lupinaster pacificus» по: Росков 1990) и выяснил, что первый лист клевера формируется как сложный, но при дальнейшем развитии на дневную поверхность выносится только

Modern Phytomorphology 3 (2013) одна доля сложного листа. Поэтому по морфологическим показателям первый и ряд последующих листьев клеверов простые, но по своему заложению эти листья сложные, однолисточковые. В онтогенезе у проростков T. lupinaster первый, второй и третий листья простые, все последующие - тройчатосложные. Простые листья проростков достигают длины 6‑6,5 мм, ширины – 5,0-6,2 мм. Листочки обратнояйцевидные с небольшой выемкой на верхушке, зубчатые по краю, более широкие в средней или нижней части. Средняя доля тройчатосложного листа всегда крупнее боковых. Новый лист появляется примерно каждые 6-7 дней. Прилистники линейноланцетные, заостренные, перепончатые. Всего у проростков формируется 2 семядольных листа, 1-3 простых листа и 3-9 тройчатосложных. Тип побега – прямостоячий. 2. T. pacificum Bobr. – клевер тихоокеанский Летнезеленый, травянистый, симподиально нарастающий поликарпик с удлиненным моноциклическим, монокарпическим побегом. Полиморфный вид. Поливариантность проявляется в строении подземной и положении надземной сфер (Калинкина 2012). Прорастание начинается на 2-4 сутки, в природе – в июле. Так же как и у выше описанного вида, развитие особи начинается с появления главного корня и последующего его заглубления, происходит формирование стержневой корневой системы. Длина главного корня у проростков в среднем 20‑30(≤56) мм. Основные отличительные признаки проростков особей данного вида: число азотфиксирующих клубеньков в этом возрастном состоянии 1, редко 2. Семядольные листья зеленые, овальные, мясистые, черешковые, сравнительно одинаковых размеров: длина 5-6 мм, ширина 3-3,5 мм. В некоторых случаях наблюдается поликотилия, проростки имеют три семядоли. Размеры черешка схожи с этими же параметрами у T. lupinaster. Почечка

Калинкина В.А. Морфо-биологические особенности проростков Trifolium А

203

Рис. 1. Проростки Trifolium lupinaster (А), T. pacificum (Б) и T. eximium (В): 1 – главный корень; 2 – боковой корень; 3 – гипокотиль; 4 – семядольный лист; 5 – сложный однолисточковый лист; 6 – тройчатосложный лист. Fig. 1. Sedlings of Trifolium lupinaster (А), T. pacificum (Б) and T. eximium (В): 1 – main root; 2 – lateral root; 3 – hypocotyl; 4 – cotyledon; 5 – composed monolamial leaf; 6 – ternate leaf.

появляется через 1-2 дня после семядольных листьев. Уже через 2–3 дня развивается первый настоящий лист, он простой. Форма листовой пластинки так же схожа, но листочки T. pacificum более широкие в верхней трети, а размер листа значительно меньше: длина – 4,5, ширина – 3,5 мм. У проростков формируется до 6 простых листьев. Листочки обратнояйцевидные с небольшой выемкой на верхушке, зубчатые по краю. Побег у проростков клевера тихоокеанского состоит из двух семядольных и 5-9 сложных листьев, все из которых могут быть простыми, или же 1-3 простой лист и 4-8 тройчатосложных (Рис. 1 Б). Тип побега – полегающий. 3. T. eximium Steph. ex. DC.– клевер отменный Летнезеленый, травянистый, симподиально нарастающий поликарпик с удлиненным моноциклическим, монокарпическим побегом.

Полиморфный вид. Поливариантность проявляется в строении подземной и положении надземной сфер (Безделева и Безделев 2006; Калинкина 2012). Проростки были собраны в июле. Прорастание начинается с появления и заглубления главного корня. Его длина у проростков достигает 3,5-4 см, гипокотиль хорошо выражен, длиной – 5 мм, эпикотиль 5-6 мм. Семядоли овальные, зеленые, черешковые, длиной 4 мм, шириной 1,2 мм. Черешки длиной 4,5 мм. Первый лист простой, обратно-сердцевидный, черешковый, его длина 4 мм, ширина 3-3,5 мм. Длина черешка достигает 4 мм. Второй и третий листья тройчатосложные, обратнояйцевидные. Длина листочка 6 мм, ширина 4 мм, длина черешка – 5 мм. Побег у проростков T. eximium состоит из двух семядольных и 1 простого и 1-3 тройчатосложных листьев (Рис. 1 В). Тип побега – прямостоячий.

204 А

Modern Phytomorphology 3 (2013) Б

Рис. 2. Проростки Trifolium campestre (А), T. arvense (Б) и T. pratense (В): 1 – главный корень; 2 – боковой корень; 3 – гипокотиль; 4 – семядольный лист; 5 – сложный однолисточковый лист; 6 – тройчатосложный лист. Fig. 1. Sedlings of Trifolium campestre (А), T. arvense (Б) and T. pratense (В): 1 – main root; 2 – lateral root; 3 – hypocotyl; 4 – cotyledon; 5 – composed monolamial leaf; 6 – ternate leaf.

II. Секция Chronosemium Ser. Для секции характерно яйцевидное, иногда почти сердцевидное или эллиптическое, гладкое семя с корешком зародыша, равным ½ или ¾ длины семядоли (Дудик 1979). Прорастание семян надземное, гипокотилярное. 4. T. campestre Schreb. – клевер полевой Летнезеленый, травянистый, стержнекорневой монокарпик с удлиненным моноциклическим, монокарпическим побегом. Вид характеризуется поливариантостью, которая проявляется в положении надземной сферы (Калинкина 2010). Проростки были собраны в июне. В культуре прорастание происходи на 2-5 сутки. Первым появляется главный корень, его длина достигает 48 мм, диаметр 0,05 мм. Зачатки боковых корней заметны на 2-5 сутки, у проростков длина бокового корня

достигает 8 мм. Размер гипокотиля достигает – 10-25 мм, диаметр – 0,08 мм. Семядоли зеленые, овальные, мясистые, черешковые, длина– 4мм, ширина – 1,2 мм. Длина черешка до 2 мм. Эпикотиль достигает длины 3,8 мм. Первый лист простой, черешковый, длиной до 4,5 мм, ширина до 5,5 мм. Длина черешка первого листа 8-9 мм, длина черешка второго листа – до 9 мм. Второй-третий листья тройчатосложные, длина листочка до 5 мм, ширина до 4,1 мм. Побег у проростков клевера полевого состоит из двух семядольных, 1 простого и 2-5 тройчатосложных листьев (Рис. 2 А). Тип побега – прямостоячий. III. Секция Trifolium Для секции характерно округлояйцевидное, с корешком, равным ½ или ¾ длины семядоли (Дудик 1979). Прорастание семян надземное, гипокотилярное.

Калинкина В.А. Морфо-биологические особенности проростков Trifolium 5. T. arvense L. – клевер пашенный Летнезеленый, травянистый, стержнекорневой монокарпик с удлиненным прямостоячим, моноциклическим, монокарпическим побегом (Безделева и Безделев 2006; Калинкина 2012). Проростки собраны в июле. Появляющийся первым главный корень у проростка достигает длины 15 мм. Гипокотиль слабо развитый. Семядоли, эллиптические, длиной 3 мм, шириной 2 мм, на коротких (до 5 мм) черешках, тёмно-зелёные, слегка мясистые. Первый лист простой, округлый, слегка обратносердцевидный, на верхушке выемчатый, с обеих сторон и по краю опушен тонкими и сравнительно длинными волосками, на черешке длиной 5-6 мм, так же усаженном оттопыренными волосками, по краю закругленный. Второй-третий листья тройчатосложные, на черешках длиной 9-10 мм, ихлисточки удлиненно-обратносердцевидные, с выемкой на верхушке, с обеих сторон опушены очень редкими, довольно длинными волосками, края усажены такими же волосками, но более длинными. Данные, полученные нами в результате исследования, несколько расходятся с работой Т.И. Васильченко (1937), а именно, длина черешков семядольных листьев (по: Васильченко 1937) 25-30 мм, длина черешка второго листа 30-40 мм. Возможно, эти данные были сняты с особей, развивающихся в сильно плотной и затененной популяции. Длина листочка 3-4 мм, ширина 2,5-3 мм. Побег у проростков клевера пашенного состоит из двух семядольных, 1 простого и 2-3 тройчатосложных листьев (Рис. 2 Б). Тип побега – прямостоячий. 6. T. pratense L. – клевер луговой (красный) Летнезеленый, травянистый, стержнекорневой с многоглавым каудексом, рыхло-дерновинный, симподиально нарастающий поликарпик с полурозеточным прямостоячим или приподнимающимся побегом (Безделева и Безделев 2006). При прорастании главный корень заглубляется в почву, длина его достигает

205

30-40 мм. Гипокотиль слабо выражен, диаметром около 0,8 мм, зеленоватый. Семядоли эллиптические, темно-зеленые, слегка мясистые, длиной 5, шириной 3 мм, на черешках, длиной 5-8 мм, на верхушке закругленные, у основания ясно отграниченные от черешков, которые имеют в месте соединения с семядолями сочлененные. В некоторых случаях проростки имеют три семядоли. Первые листья (1 и 2) очередные. Первый лист на длинном (30-40 мм) черешке, длиной 4, шириной 5-6 мм, округлосердцевиднй, на верхушке слегка выемчатый, покрыт отстоящими простыми волосками, на свет реснитчатый. Жилкование представлено средней жилкой и отходящими от нее боковыми перистыми жилками. Второй лист тройчатый. Листочки его эллиптические, на верхушке выемчатые, волосистые (Рис. 2 В). Прилистники листьев узко-ланцетные, длинно-реснитчатые (Васильченко 1937). Таким образом, для начальных этапов развития изученные виды рода Trifolium характерны следующие особенности: надземное, гипокотилярное прорастание; развитие двух зеленых семядолей (в ряде случаев отмечается поликотилия), первых простых (сложных однолисточковых) листьев. Виды отличаются формой и размерами как семядольных, так и настоящих листьев. Следовательно, зная морфобиологические особенности проростков, можно использовать их как дополнительный признак при диагностике видов. Цитируемые источники Безделева Т.А., Безделев А.Б. 2006. Жизненные формы семенных растений российского Дальнего Востока. Дальнаука, Владивосток. Бобров Е.Г. 1945. Род Trifolium L. В кн.: Комаров В.Л. (ред.), Флора СССР. Т. 11: 189–261. Изд-во АНСССР, Москва–Ленинград. Васильченко И.Т. 1936. О значении морфологии прорастания семян для систематики растений и их происхождения. Тр. БИН АН СССР. Сер. 1 3: 7–66. Васильченко И.Т. 1937. Морфология прорастания Бобовых (Leguminosae) в связи с их систематикой и филогенией. Тр. БИН АН СССР. Сер. 1 4: 347–425. Дудик Н.М. 1979. Морфология плодов бобоцветных в связи с эволюцией. Наукова думка, Киев.

206

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Калинкина В.А. 2010. Биология клевера полевого (Trifolium campestre Schreb.) на территории Ботанического сада-института ДВО РАН. Первые международные Беккеревские чтения (Мат. конф., 27-29 мая 2010 г., Волгоград) 1: 88–89. Калинкина В.А. 2012. Биоморфологические особенности представителей рода Trifolium секции Lupinaster. Бюлл. БСИ ДВО РАН, Владивосток 9: 25–28. http://botsad.ru/journal/number9/25-28. pdf Павлова Н.С. 1989. Сем. Бобовые – Fabaceae Lindl s.l. В кн.: Харкевич С.С. (ред.), Сосудистые растения советского Дальнего Востока. Т. 4: 191–339. Наука, Москва.

Павлова Н.С. 2006. Сем. Бобовые – Fabaceae Lindl s.l. Дополнения и изменения к изданию «Сосудистые растения советского Дальнего Востока». Т. 1-8. (1985-1996): 173-174. Дальнаука, Владивосток. Росков Ю.Р. 1990. Ревизия рода Trifolium L. s.l. во флоре СССР: Дисс. канд. биол. наук. Ленинград. Черепанов С.К. 1995. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). Мир и семья, Санкт-Петербург. Шапаренко К.К. 1940. Ископаемые Leguminosae и некоторые вопросы классификации палеоботанических находок. Ботан. журн. 25 (2): 102–121. Яковлев Г.П. 1991. Бобовые земного шара. Наука, Ленинград.

MORPHOLOGICAL AND BIOLOGICAL FEATURES OF SEEDLINGS OF SOME TRIFOLIUM SPECIES Valentina A. Kalinkina Abstract. The author conducted morphological and biological characteristics of seedlings of six species belonging to three sections: Lupinaster (T. lupinaster L, T. pacificum Bobr, T. eximium Steph. Ex. DC.), Chronosemium (T. campestre Schreb.) and Trifolium (T. arvense L., T. pratense L.) of the genus Trifolium. Dimensional and qualitative morphological characteristics of the main structural elements of the seedlings of these species are represented in the article. Key words: Trifolium, Lupinaster, Chronosemium, seedling, morphology Botanical Garden Institute Far East Branch, Russian Academy of Sciences, 142 Makovskogo str., Vladivostok, 690024, Russia; conf-lf@yandex.ru

Modern Phytomorphology 3: 207–211, 2013

УДК 581.32

НОВОЕ В ДИАГНОСТИКЕ КРАСНОКНИЖНЫХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ РОДА HEDYSARUM Ирина А. Попова 1*, Тамара И. Плаксина 1**, Виталий М. Рыжов 2***, Любовь В. Тарасенко 2 Аннотация. Растения рода Hedysarum L. сем. Fabaceae являются источником ценных лекарственных веществ. Эффективная диагностика дикорастущих видов, перспективных в качестве источника лекарственного растительного сырья имеет ключевое значение. Изучены анатомо-гистологические признаки рахисов сложных листьев красно-книжных видов копеечников: копеечника Разумовского (H. razoumovianum DC.) и копеечника крупноцветкового (H. grandiflorum Pall.), собранных в Кинельском районе Самарской области (меловые отложения Кинельских яров) в июне 2009 года. Исследования в рамках петиолярной анатомии позволили подтвердить, уточнить и дополнить данные об анатомогистологическом строении растений анализируемых видов. Сравнительный анализ обнаружил особенности строения, которые могут служить в перспективе диагностическими признаками лекарственного растительного сырья. Ключевые слова: Hedysarum razoumovianum, Hedysarum grandiflorum, копеечник, анатомия, гистология, рахис Самарский государственный университет, ул. Акад. Павлова, 1, г. Самара, 443011, Россия; * popova_irina_a@mail.ru, ** listochek5@yandex.ru 2 Самарский государственный медицинский университет, ул. Гагарина, 18, Самара, 443079, Россия; *** lavr_rvm@mail.ru 1

Введение Анатомическое строение основных вегетативных органов (корень, стебель, лист) характеризуется определенным закономерным постоянством, типичным для двудольных растений (Howard 1962; Шульгин 1963; Михайловская 1964; Паушева 1970; Культиасов 1982; Хржановский и Пономаренко 1988; Лотова 2001; Kocsis & Borhidi 2003). Известно, что петиолярная анатомия, основана на сравнении анатомогистологических признаков листовых черешков. Используя определенные критерии диагностики, она облегчает диагностику таксонов цветковых растений различных рангов, вплоть до вида (Сдобнина 2008; Куркин и др. 2012). Наиболее значимыми признаками в соответствии с принципами петиолярной анатомии являются: форма поперечного © The Author(s), 2013

сечения черешка, расположение проводящих пучков, одревеснение или разрушение центральной паренхимы, наличие в члениках механической ткани секреторных канальцев, опушение, строение трихом (Сдобнина 2008). Задачей наших исследований стал поиск отличительных признаков в строении черешков у представителей рода Hedysarum (H. razoumovianum DC. и H. grandiflorum Pall.). Материалы и методы исследований исследования являлись Объектами травянистые растения H. razoumovianum и H. grandiflorum, собранные в июне 2009 года в Кинельском районе, Самарской области на меловых отложениях Кинельских яров, в 2,5 км на юго-восток от села Преображенка. Сушка собранного сырья производилась естественным способом: сырье сушили под навесами, разложив тонким слоем, без

208

Modern Phytomorphology 3 (2013)

1 2 3 4 5

6 Рис. 1. Поперечный срез черешка листа Hedysarum razoumovianum, общий вид (×10): 1 – паренхима коры; 2 – склеренхима; 3 – флоэма; 4 – ксилема; 5 – сердцевина; 6 – проводящие пучки. Fig. 1. Cross-section through the Hedysarum razoumovianum petiole, common view (×10): 1 – parenchyma; 2 – sclerenchyma; 3 – phloem; 4 – xylem; 5 – core; 6 – vascular bundles.

доступа прямых солнечных лучей. Окончание сушки определялось по ломкости стеблей и листьев. Микропрепараты изготовляли по общепринятой методике (Паушева 1970; Сдобнина 2008). Анатомо-гистологическое исследование рахисов копеечников проведили в проходящем отраженном свете, с помощью световых микроскопов марки Motic (DM111, DM-39С-N9GO-A). В анализе анатомических и гистологических признаков использовали гистохимические реакции (с раствором щелочи, и раствором сернокислого анилина). Результаты и их обсуждение Анатомо-гистологический анализ поперечного сечения рахиса сложного листа H. razoumovianum выявил особенности строения, характерные для многих представителей семейства бобовые (Сдобнина 2008). Проведенный анализ показал, что рахисы сложных листьев анализируемых образцов,

обычно, более или менее округлые по форме, с глубокой выемкой с адаксиальной стороны листа. На поперечном срезе рахиса видны коллатеральные пучки, причем пучок центральной жилки значительно крупнее боковых пучков. В центре рахиса H. razoumovianum расположена главная жилка и ещё только два крупных пучка, которые локализованы с адаксиальной поверхности рахиса по обе стороны от выемки (Рис. 1). Проводящие пучки H. razoumovianum крупные, основной пучок центральной жилки в два раза крупнее пучков, расположенных около выемки (Рис. 1 и 2). Все пучки армированы крупноклеточной склеренхимой, сложенной из 2-3 слоев клеток. Проводящие пучки окружены крупными тонкостенными клетками основной ткани, отличающимися от клеток сердцевины и коры вакуолью, содержащей оранжевый пигмент. Эпидермис рахиса H. razoumovianum представлен мелкими кутинизированными клетками, имеющими на поперечном сечении прямоугольную форму. Непосредственно под эпидермой расположен гиподермальный слой сильно утолщенных клеток уголковопластинчатой колленхимы (Рис. 2 и 3). Лежащая за ней основная хлорофиллоносная паренхима представлена двумя слоями плотно сомкнутых крупных клеток, овально вытянутых, одинаковых по форме, содержащих зернистый протопласт (Рис. 3). Паренхима сердцевины рахиса состоит из более или менее округлых тонкостенных клеток с целлюлозными нелигнифицированными оболочками (Рис. 2). Так же был проведен анализ рахиса сложного листа H. grandiflorum. Не смотря на одинаковый возраст и условия произрастания, сравниваемых объектов, рахисы листьев H. grandiflorum значительно крупнее, чем у листьев H. razoumovianum. Форма поперечного сечения рахиса листа этого вида сравнима с формой поперечного сечения рахисов листьев H. razoumovianum. Сравнение числа проводящих пучков и их локализации на поперечных срезах рахисов показало заметные различия между

Попова И.А., Плаксина Т.И., Рыжов В.М., Тарасенко Л.В. А

209 Б

Рис. 2. Фрагменты поперечных срезов черешка листа Hedysarum razoumovianum: А – окраска раствором Люголя, Б – окраска щелочью (×40). 1 – эпидермис; 2 – колленхима; 3 – паренхима; 4 – сердцевина; 5 – ксилема; 6 – флоэма; 7 – склеренхима; 8 – гиподермальный слой с пигментом. Fig. 2. Fragments of cross-sections through the Hedysarum razoumovianum petioles: А – stained with Lugol’s iodine solution; Б – stained with alkali (×40). 1 – epidermis; 2 – collenchyma; 3 – parenchyma; 4 – core; 5 – xylem; 6 – phloem; 7 – sclerenchyma; 8 – hypodermal layer with pigment.

Рис. 3. Фрагмент поперечных срезов черешка листа Hedysarum razoumovianum, окраска щелочью (×400): А – паренхима коры; Б – флоэма. 1 – склеренхима; 2 – флоэма; 3 – гиподермальный слой с пигментом; 4 – паренхима коры; 5 – колленхима; 6 – клетка эпидермиса; 7 – кутикула; 8 – ксилема; 9 – клетка сердцевины. Fig. 3. Fragments of cross-sections through the Hedysarum razoumovianum petioles stained with alkali (×400): А – bark parenchyma; Б – phloem. 1 – sclerenchyma; 2 – phloem; 3 – hypodermal layer with pigment; 4 – bark parenchyma; 5 – collenchyma; 6 – epidermal cell; 7 – cuticle; 8 – xylem; 9 – core cell.

H. grandiflorum и H. razoumovianum. Крупные по величине проводящие пучки, в числе трех, в рахисах листьев H. grandiflorum расположены по периферии поперечного сечения (Рис. 4). Здесь, помимо трех крупных пучков, имеются и мелкие пучки, расположенные по периметру между крупными пучками. Строение коллатеральных пучков рахиса H.grandiflorum

аналогично таковому в рахисе листьев H. razoumovianum. Отличительными признаками рахиса H. grandiflorum являются заметно больший размер трёх крупных пучков центральной жилки, и наличие вокруг пучков более крупных пигментированных клеток, по сравнению с таковыми в рахисах H. razoumovianum (Рис. 2 и 3).

210

Рис. 4. Поперечный срез черешка листа Hedysarum grandiflorum, окраска раствором сернокислого анилина (×40): 1 – эпидермис; 2 – паренхима коры; 3 – колленхима; 4 – склеренхима; 5 – флоэма; 6 – ксилема; 7 – полость. Fig. 4. Cross-section through the Hedysarum grandiflorum petiole stained with aniline sulfate (×40): 1 – epidermis; 2 – bark parenchyma; 3 – collenchyma; 4 – sclerenchyma; 5 – phloem; 6 – xylem; 7 – cavity.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Основная паренхима коры в рахисе H. grandiflorum представлена относительно мелкими, тонкостенными, округлыми на поперечном сечении клетками, постепенно увеличивающимися в размере к центру рахиса и плавно переходящими в клетки сердцевины (Рис. 4 и 5). На поперечных сечениях рахисов обоих видов заметно опушение эпидермиса, причем рахис листа H. grandiflorum опушен значительно, в то время как на поверхности рахиса листа H. razoumovianum волоски встречаются изредка. Опушение представлено трихомами характерными для представителей семейства Fabaceae. В эпидермисе на поперечных срезах рахисов сохранены, как правило, обломки трихом. Это двухклеточные простые волоски. В основании каждого волоска находится прямоугольная, уплощенная по форме, лишенная протопласта, базальная клетка. Оболочки таких клеток равномерно утолщены и лигнифицированы. Базальной клеткой волосок прикрепляется к более крупной по сравнению с другими эпидермальной клетке, приподнятой над поверхностью эпидермы. Вытянутая по форме, терминальная клетка согнута у своего основания, благодаря чему волосок, как правило, ориентирован параллельно эпидермальной поверхности. Выводы

Рис. 5. Фрагмент поперечного среза жилки листа Hedysarum grandiflorum, окраска раствором сернокислого анилина (×100): 1 – клетка паренхимы сердцевины; 2 – паренхима коры; 3 – ксилема; 4 – флоэма; 5 – склеренхима; 6 – эпидерма; 7 – остатки трихом. Fig. 5. Fragments of cross-sections through the Hedysarum grandiflorum leaf vein stained with alkali (×100): 1 – core parenchyma cells; 2 – bark parenchyma; 3 – xylem; 4 – phloem; 5 – sclerenchyma; 6 – epidermis; 7 – trichomes.

Таким образом, проведенный сравнительный анатомо-гистологический анализ рахисов листьев копеечников двух видов позволил установить особенности их анатомического строения. Из всей совокупности особенностей анатомии и гистологии проанализированных образцов нами выделены наиболее заметные диагностические признаки, позволяющие отличать два близкородственных вида – H. razoumovianum и H. grandiflorum. К ним, в первую очередь, относятся характер расположения проводящих пучков и их количество на поперечных срезах рахисов; форма и размеры клеток хлоренхимы, и характер её залегания в рахисе; количество

Попова И.А., Плаксина Т.И., Рыжов В.М., Тарасенко Л.В.

211

Цитируемые источники

Рис. 6. Фрагмент поперечного среза жилки листа Hedysarum grandiflorum, окраска раствором сернокислого анилина (×400): 1 – паренхима коры; 2 – клетка колленхимы; 3 – клетка эпидермиса; 4 – остаток трихомы; 5 – устьице. Fig. 6. Fragments of cross-sections through the Hedysarum grandiflorum leaf vein stained with alkali (×100): 1 – bark parenchyma; 2 – collenchyma cell; 3 – epidermal cell; 4 – trichome; 5 – stoma.

пигментированных клеток обкладочной паренхимы и их размеры; интенсивность опушения листовых рахисов сравниваемых видов.

Культиасов И.М. 1982. Экология растений. Изд-во МГУ, Москва. Куркин В.А., Вельмяйкина Е.И., Рыжов В.М., Тарасенко Л.В. 2012. Новые подходы к диагностике лекарственного растительного сырья эхинацеи пурпурной. Традиционная медицина 28: 42–46. Лотова Л.И. 2001. Морфология и анатомия высших растений. Эдиториал, Москва. Михайловская И.С. 1964. Строение растений в связи с условиями жизни. Просвещение, Москва. Паушева З.П. 1970. Практикум по цитологии растений. Агропромиздат, Москва. Сдобнина Л.И. 2008. Диагностические признаки лекарственных растений в петиолярной анатомии. Биоразнообразие: проблемы и перспективы сохранения (Мат. Междунар. науч. конф., 13-16 мая 2008 г., Пенза) 1: 75–77. Хржановский В.Г., Пономаренко С.Ф. 1988. Ботаника. Агропромиздат, Москва. Шульгин И.А. 1963. Морфофизиологические приспособления растений к свету (оптические свойства листьев). Изд-во. МГУ, Москва. Howard R.A. 1962. The vascular structure of the petiole as a taxonomic character. In: Garnaud J.C. (ed.), Advances in horticultural science and their applications. Vol. III: 7–13. Pergamon Press, New York. Kocsis M., Borhidi A. 2003. Petiole anatomy of some Rubiaceae genera. Acta Bot. Hung. 45 (3-4): 345–353.

THE NOVELTIES IN DIAGNOSTIC OF REDLIST PLANTS FROM THE GENUS HEDYSARUM Irina Popova 1*, Tamara Plaksina 1**, Vitaly Ryzhov 2***, Lubov Tarasenko 2 Abstract. Plant of the genus Hedysarum L (Fabaceae) are the source of valuable medicinal substances. Effective diagnostic of wild species promising as a source of medicinal substances has a key value. The anatomy (histological features) of the rachis of compound leaves of redlist species Hedysarum razoumovianum DC. and H. grandiflorum Pall. collected Kinelskiy near Samara region (Cretaceous Kinelskoye spring) in June 2009 have been investigated. These investigations on petiolar anatomy confirm, clarify and support the data on anatomical and histological structure of studied species. Comparative analysis revealed structural features that may be serve further as diagnostic. Key words: Hedysarum razoumovianum, Hedysarum grandiflorum, anatomy, histology rachis Samara State University, 1 Academician Pavlov str., Samara, 1443011, Russia; ** popova_irina_a@mail.ru, ** listochek5@yandex.ru 2 Samara State Medical University, 18 Gagarin str., Samara, 18443079, Russia; *** lavr_rvm@mail.ru 1

Modern Phytomorphology 3: 213–218, 2013

УДК 582.261.1:581.4:004.358

МОДЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АРЕОЛ И ПЛОЩАДЬ ПОВЕРХНОСТИ ПОР, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА СТВОРКАХ ЦЕНТРИЧНЫХ ДИАТОМОВЫХ ВОДОРОСЛЕЙ ИЗ РОДОВ COSCINODISCUS EHR. И THALASSIOSIRA CL. Антон М. Лях Аннотация. Вещественный обмен между микроводорослью и средой происходит через поры на поверхности оболочки. В связи с этим характеристики вещественного потока будут связаны с общей площадью поверхности пор микроводоросли. У центричных диатомовых поры располагаются группами на кремниевых пластинках, покрывающих ареолы створок. Предложена модель, которая имитирует радиальное расположение ареол на створках центричных диатомовых, подсчитывает их количество и на основе этой величины оценивает суммарную площадь всех пор створок. На примере двух видов диатомовых Coscinodiscus sp. и Thalassiosira eccentrica показано, что поры занимают соответственно 4-8% и 7-14% поверхности створок. Эти величины не зависят от диаметра створок и количества ареол на них, они эквивалентны пористости отдельных ареол этих видов. Предположено, что около 10% поверхности створок участвует в вещественном обмене, а 100% поверхности пропускает солнечный свет, поэтому поток вещества, проходящего через створку, соотносится с потоком энергии (света) в отношении 1:10. Предложено для характеристики продукционных процессов микроводорослей использовать соотношение между общей площадью поверхностью оболочки и частью ее поверхности, занятой порами. Ключевые слова: вещественно-энергетический обмен, оболочка микроводоросли, модель, распределение ареол, функциональная морфология Институт биологии южных морей НАНУ, пр. Нахимова, 2, Севастополь, АР Крым, Украина; 3d.diatoms@gmail.com

Введение Одноклеточная водоросль взаимодействует с окружающей средой через клеточную оболочку. Процессы фотосинтеза, дыхания, поглощения биогенов, выделения органических веществ – все виды обмена веществом и энергией связаны с поверхностью оболочки микроводоросли. По этой причине, площадь поверхности оболочки вместе с ее объемом широко используют для анализа характеристик вещественно-энергетического обмена. Между тем, вещество проникает внутрь и наружу микроводоросли не через всю поверхность оболочки, а только через микроскопические поры, пронизывающие ее стенки. Поэтому для правильной оценки характеристик вещественного потока важно знать именно суммарную площадь поверхности пор микроорганизма. Расчетом площади поверхности пор © The Author(s), 2013

оболочек одноклеточных водорослей до настоящего момента никто не занимался, так как такие вычисления трудоемки. Для выполнения расчетов необходимы данные о размерах пор и адекватные математические модели распределения пор по поверхности оболочек микроводорослей различных систематических групп. Наиболее перспективным объектом для проведения подобных расчетов являются диатомовые водоросли, покрытые жестким кремниевым панцирем с регулярной морфологической структурой. Размеры пор диатомовых встречаются в диагностических описаниях. Их можно определить по снимкам, полученным при помощи СЭМ, ТЭМ и зондовой микроскопии. В связи с интенсификацией исследований различных аспектов использования диатомовых в сфере нанотехнологий, в последнее время больше внимания стали

214 уделять размерам и функции элементов их панциря (Bukhtiyarova 2009), в том числе порам и ареолам. морфогенеза панциря Изучение диатомовых приводит к появлению соответствующих моделей формирования его структурных элементов (Parkinson et al. 1999; Bentley et al. 2005; Hicks et al. 2006; Lenoci & Camp 2008; Willis et al. 2010). Все они достаточно сложны и абстрактны, так как преследуют своей целью продемонстрировать процесс формирования элементов структуры створки и панциря. Исключительно математический подход использовал M.S. Longuet-Higgins (2001) для описания регулярного гексагонального размещения ареол на створках диатомовых из рода Thalassiosira. Предложенная модель проста и красива, но не всегда верна: при достаточно большом диаметре створки полученные размеры ареол у краев и около центра створки отличаются в несколько раз, тогда как в природе размеры ареол диатомовых более стабильны. В целом, для проведения упомянутых расчетов наиболее интересны именно центричные диатомовые водоросли, у которых ареолы распределяются по поверхности круглых створок панциря радиальными рядами, образуя гексагональный узор. Такими диатомовыми являются, например, представители родов Coscinodiscus и Thalssiosira. В работе (Losic et al. 2007) детально исследована морфология ареол двух видов этих родов, приведены размеры ареол и пор, а также дана оценка перфорированности ареол этих видов. Однако, задачу об оценке суммарной площади поверхности всех пор створок панциря авторы работы перед собой не ставили. В связи с этим, в настоящей работе предложен метод имитации распределения ареол по поверхности створок центричных диатомовых, описана методика оценки и приведены значения суммарной площади поверхности пор диатомовых указанных родов.

Modern Phytomorphology 3 (2013) Материалы и методы исследований Материалом для исследований послужили данные о размерах структурных элементов панциря двух видов центричных диатомовых водорослей Coscinodiscus sp. и Thalassiosira eccentrica (Ehrenberg) Cleve, взятые из работы (Losic et al. 2007). Поверхность створок центричных диатомовых покрыта радиальными рядами ареол – сложно устроенными шестиугольными камерами в кремниевых стенках створок. Каждая ареола содержит несколько десятков пор, через которые осуществляется обмен веществом с окружающей средой. В центре створки находится бесструктурное гиалиновое поле, у разных видов оно имеет различную форму (Fryxell & Ashworth 1988). Для простоты расчетов оно считается круглым. Помимо ареол, на поверхности створок центричных диатомовых расположены другие достаточно малочисленные структурные элементы, которые не учитываются в описанной модели. В качестве исходных данных модели использованы: диаметр створки, диаметр центрального гиалинового поля, диаметр ареолы, диаметр поры, количество пор на одной ареоле. При помощи модели оценивалось количество ареол, расположенных на створке, суммарная площадь поверхности всех пор и площадь поверхности створки. На основе полученных данных рассчитывалась перфорированность створки – отношение площади всех пор к площади створки. Предполагалось, что у обоих видов поверхность створок плоская. Площадь поверхности створки и одной поры вычислялась по формуле площади круга. Диаметр пор у обоих видов менялся в диапазоне 35-50 нм (Losic et al. 2007). У T. eccentrica поры образуют одну компактную группу из примерно 105±5 пор; у представителей Coscinodiscus sp. одна ареола содержит 20 групп пор по 5-7 пор в каждой группе (Losic et al. 2007), что составляет 100‑140 пор на ареолу. Диаметр ареол по данным тех же авторов у Coscinodiscus sp. равен 1700±170 нм, а у T. eccentrica – 1240±40 нм. В расчетах использованы величины 1700

Лях А.М. Модель распределения ареол на створках диатомовых водорослей

215

Рис. 1. Заполнение поверхности створки ареолами: A – построение радиальных рядов ареол (ребер), которые разделяют створку на одинаковые секторы; B – заполнение одного сектора концентрическими рядами ареол заданного размера; C – копирование ареол на остальные секторы. Fig. 1. Filling of a valve area by areolae: A – construction of radial rows of areolae that divide valve into equal sectors; B – filling of a sector by concentric rows of areolae; C – allocation of areolae on other sectors.

нм и 1200 нм соответственно. Для простоты построений, ареолы имитировались окружностями. Естественные ареолы диатомовых имеют шестиугольную форму, но для решения поставленной задачи – подсчета числа ареол – удобно использовать окружности, тем более, что окружность легко преобразуется в описанный вокруг нее шестиугольник. На первом этапе моделирования строились радиальные ряды ареол (ребра), направленные от центра к краям створки (Рис. 1 А). Исходное число ребер Nr зависело от диаметров ареолы Dar и гиалинового поля Dh: Nr = целая часть от (2 π / θ), θ = 2 arcsin(Dar / Dar + Dh)

(1) (2)

Построенные ребра разделяли створку на идентичные секторы, повернутые относительно центра на угол k∙θ, k = 0, …, Nr‑1. Все построения выполнялись только для одного сектора, а затем, при помощи поворотов, они распространялись на остальные. Сектор последовательно, от центра к краям, заполнялся поперечными (концентрическими) рядами ареол так, чтобы ареолы более-менее компактно заполняли пустую поверхность (Рис. 1 Б). Каждая ареола концентрического ряда строилась только

тогда, когда для этого хватало свободного пространства. Построение завершалось, когда ареолы заполняли всю поверхность сектора (Рис. 1 B). После заполнения створки ареолами, подсчитывалось общее число ареол, которое умножалось на суммарную поверхность пор, расположенных на одной ареоле. Таким способом вычислялась суммарная поверхность всех пор створки. Описанный алгоритм был реализован в виде компьютерной программы, доступной по адресу: http://3d-microalgae.org/. Результаты и их обсуждение Пример созданной при помощи модели текстуры створки центричной диатомовой водоросли показан на Рис. 2. Здесь все ареолы имеют одинаковый размер. Между ними осталось пустое пространство, в котором можно поместить ареолы меньшего диаметра. Эти ареолы будут окружены пятью соседними. Рядом с ними располагаются ареолы, граничащие с семью соседями. Все остальные ареолы, как и положено, имеют по шесть соседних ареол. Как указывают Fryxell & Ashworth (1988), на створках центричных диатомовых из рода Coscinodiscus встречаются ареолы, соприкасающиеся с пятью и семью соседними. Как и в предложенной модели

216

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Рис. 2. Имитация распределения ареол по поверхности круглой створки диатомовой водоросли. Fig. 2. The model of areolae distribution on a surface of circular diatom valve.

они расположены в местах, где происходит раздвоение радиальных рядов ареол. Таким образом, модель правдоподобно имитирует текстуру круглых створок центричных диатомовых водорослей. Результаты расчетов показывают, что пористость поверхности створок Coscinodiscus sp. c большим диаметром ареол составила 4-8%, что оказалось несколько меньше пористости T. eccentrica – 7-14%. Полученные величины хорошо согласуются с пористостью отдельных ареол этих же видов: 7,5±1,5% и 10±2,5% (Losic et al. 2007). Отсюда следует очевидный вывод о том, что при равномерном заполнении поверхности створки ареолами, ее пористость будет эквивалентна пористости одной ареолы и не будет зависеть от диаметра створки. Повидимому, такую же величину пористости створки будут иметь другие виды центричных диатомовых схожей морфологии. Биологический смысл полученных результатов состоит в том, что в обменных процессах организма диатомовой

водоросли участвует всего лишь около 10% площади поверхности створки, тогда как вся поверхность створки (100%) используется для фотосинтеза: она влияет на световой поток, проходящий через панцирь. С известной долей условности можно допустить, что вещественный поток, протекающий через поверхность створок, соотносится с энергетическим (световым) потоком в отношении 1:10. Такое соотношение будет справедливым для центричных диатомовых водорослей с ареолами фиксированного размера, равномерно заполняющими всю поверхность створок. Чередование пор и «гладкой» кремниевой поверхности обеспечивает интересные энергетические эффекты: данные структуры начинают работать как фотонные кристаллы (Fuhrmann et al. 2004), по сути, оптические фильтры (Noes et al. 2008), и как фокусирующие свет дифракционные решетки (De Stefano et al. 2007). Таким образом, при оценке поверхности оболочек одноклеточных водорослей

Лях А.М. Модель распределения ареол на створках диатомовых водорослей следует принимать во внимание цель данных расчетов. Так, интенсивность фотосинтеза будет связана именно с общей площадью поверхности клетки, потому что свет улавливается всей поверхностью микроводоросли. Для плавучести организма важно сопротивление формы оболочки погружению, которое пропорционально соотношению общей площади поверхности оболочки и ее объема (Алеев 1976). Для характеристики вещественного потока важна именно площадь пор – минимальных отверстий на поверхности оболочки. Так как продукционные процессы одноклеточных водорослей связаны с вещественноэнергетическими потоками, протекающими через поверхность клеточной оболочки, то для их характеристики важно знать соотношение между общей площадью поверхностью оболочки и частью ее поверхности, занятой порами. Благодарности Автор выражает искреннюю благодраность Анне Жуковой (БГУ, Минск) за помощь при подготовке текста статьи. Цитируемые источники Алеев Ю.Г. 1976. Нектон. Наук. думка, Киев. Bentley K., Cox E.J., Bentley P.J. 2005. Nature’s batik: a computer evolution model of diatom valve morphogenesis. J. Nanosc. Nanotech. 5: 1–10.

217

Bukhtiyarova L.N. 2009. Frustule functions and functional morphology of Bacillariophyta. Альгология 19 (3): 321–331. De Stefano L., Rea I., Rendina I., De Stefano M., Moretti L. 2007. Lensless light focusing with centric marine diatom Coscinodiscus walesii. Opt. Express 15: 18082–18088. Fryxell G.A., Ashworth T.K. 1988. The diatom genus Coscinodiscus Ehrenberg: characters having taxonomic value. Bot. Marina 31: 359–374. Fuhrmann T., Landwehr S., El Rharbi-Kucki M., Sumper M. 2004. Diatoms as living photonic crystals. Applied Physics B 78: 257–260. Hicks Y.A., Marshall D., Rosin P.L., Martin R.R., Mann D.G., Droop S.J.M. 2006. A model of diatom shape and texture for analysis, synthesis and identification. Mach. Vision Appl. 17: 297–307. Lenoci L., Camp P.J. 2008. Diatoms structures templated by phase-separated fluids. Langmuir 24: 217–223. Longuet-Higgins M.S. 2001. Geometrical constraints on the development of a diatom. J. Theoretical Biology 210: 101–105. Losic D., Pillar R.J., Dilger T., Mitchel J.G., Voelcker N.H. 2007. Atomic force microscopy (AFM) characterisation of the porous silica nanostructure of two centric diatoms. J. Porous Mater. 14: 61–69. Noes J., Sumper M., Vukusic P. 2008. Light manipulation in a marine diatom. J. Mater. Res. 23: 3229–3235. Parkinson J., Brechet Y., Gordon R. 1999. Centric diatom morphogenesis: a model based on a DLA algorithm investigating the potential role of microtubules. Biochim. Biophys. Acta 1452: 89–102. Willis L., Page K.M., Broomhead D.S., Cox E.J. 2010. Discrete free-boundary reaction-diffusion model of diatom pore occlusion. Plant Ecol. Evol. 143 (3): 297–306.

THE MODEL OF AREOLAE DISTRIBUTION AND SURFACE AREA OF PORES LOCATED ON THE VALVES OF CENTRIC DIATOMS COSCINODISCUS EHR. AND THALASSIOSIRA CL. Anton M. Lyakh Abstract. Chemical substances exchange between microalgae and environment occurs through the pores on the surface of its coat. Therefore, characteristics of substance flow are related to the total area of the pores of microalgae. Pores of centric diatoms are arranged in groups on the siliceous plates that cover the areolae of valves. The mathematical model that simulates the radial areolae arrangement on the valves of centric diatoms and on the basis of estimated number of areolae calculates the total area of the diatom pores is proposed. On the example of two diatom species Coscinodiscus sp. and Thalassiosira eccentrica it was shown that their pores occupy 4-8% and 7-14% of total valve surface respectively. These

218

Modern Phytomorphology 3 (2013)

values do not depend on the valve diameter and number of its areolae but are equivalent to the porosity of areolae of these species. It is supposed that about 10% of valve surface takes part in substance exchange and 100% of valve surface absorbs sunlight. Therefore substance flow through the valve is related to the energy flow (sunlight) as 1:10. It is suggested to use the ratio between total area of microalgae surface and area of its pores for the characteristics of microalgae productivity. Key words: substance-energy exchange, microalgae cover, model, areolae distribution, functional morphology Institute of Biology of the Southern Seas, 2 Nakhimov av., Sevastopol, Crimea, Ukraine; 3d.diatoms@gmail.com

Modern Phytomorphology 3: 219–224, 2013

УДК 58.02+534.8+582.28

РОДИ КСАНТОРІОЇДНИХ ЛИШАЙНИКІВ (TELOSCHISTACEAE, ASCOMYCOTA), ЩО МАЮТЬ ПІДТРИМКУ ЗА МОЛЕКУЛЯРНО-ФІЛОГЕНЕТИЧНИМИ ДАНИМИ (СКЛАД, ТАБЛИЦЯ ВИЗНАЧЕННЯ, ПОЛОЖЕННЯ) Сергій Кондратюк Анотація. Наведено перелік та таблицю для визначення 15 родів ксанторіоїдних лишайників (Gallowayella, Jackelixia, Jesmurraya, Josefpoeltia, Honeggeria, Martinjahnsia, Massjukiella, Oxneria, Ovealmbornia, Rusavskia, Seirophora, Xanthodactylon, Xanthokarrooa, Xanthomendoza та Xanthoria), які мають на сьогодні найвищу підтримку за молекулярно-філогенетичними даними (Fedorenko et al. 2009, 2012; Кондратюк и др. 2013) та результатами морфолого-анатомічної ревізії. Перелік вказаних родів включає посилання на першоопис та вказівку типового виду. Показано та обговорюється положення родів ксанторіоїдних лишайників у сучасній системі родини. Ключові слова: Teloschistaceae, Gallowayella, Jackelixia, Massjukiella, Oxneria, лишайники, роди, таблиця, молекулярна філогенія Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України, вул. Терещенківська 2, Київ, 01601, Україна; ksya_net@ukr.net

Вступ Впродовж останніх 15-ти років таксономія листуватих (ксанторіоїдних) представників родини Teloschistaceae зазнала суттєвих змін. До трьох родів (Xanthoria, Xanthodactylon та Seirophora) (Kärnefelt 1989), які визнавались в «домолекулярний» період, на основі результатів молекулярно-філогенетичних досліджень та ревізії морфолого-анатомічних особливостей описано ще 12 нових родових груп (Kondratyuk & Kärnefelt 1997, 2003; Fedorenko et al. 2009, 2012). Всі 15 родів ксанторіоїдних лишайників отримали найвищі рівні бутстреп-підтримки за результатами філогенетичного аналізу послідовностей ядерної та мітохондріальної ДНК (Fedorenko et al. 2009, 2012; Кондратюк и др. 2013). Однак ідентифікація різних груп ксанторіоїдних лишайників, які в цілому нараховують близько 100 видів, ускладнена у зв’язку з відсутністю таблиць для визначення родів. Метою даного повідомлення є наведення © The Author(s), 2013

таблиці визначення родів ксанторіоїдних лишайників відомих на даний момент, наведення переліку всіх родових груп з посиланнями на їх першоописи, а також обговорення їх положення в системі родини. Ключ для визначення родів ксанторіоїдних лишайників 1. Слань з дуже широким спектром варіювання кольору: від білувато-сірого до густо-червоного та фіолетового в межах однієї слані; містить цитреорозеїн та емодінал як основні лишайникові речовини; південноафриканський таксон . . . . . . 13. Xanthokarooa – Слань звичайно жовта до помаранчевої, зрідка сіра до білувато-сірої в межах тієї ж слані; паріетин та телосхістин як основні лишайникові речовини. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2. Слань звичайно вся біла чи сіруватобіла, ризини двох типів (різняться за розмірами); серцевинна плектенхіма добре розвинена; справжній ексципул апотеція двох

220 типів, власне мезодермно парапректенхімний та псевдопрозоплектенхімний; південноафриканські таксони. . . . . . . . . . 9. Ovealmbornia – Слань переважно жовта чи помаранчева, лише зрідка в затемнених умовах білувата чи білувато-сіра; види поширені в обох півкулях ............................................3 3. Слань утворена дуже опуклими лопатями, які звичайно містять порожнину в серцевині. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 – Слань утворена плоскими, виразно дорзовентральними лопатями. . . . . . . . . . . . . . . 7 4. Слань дуже товста, утворена вертикально орієнтованими або пухко розташованими лопатями, які налягають одна на одну; лопаті повністю або лише в центрі слані радіальної будови; спори Xanthodactylon-типу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12. Xanthodactylon – Слань розетковидна, лопаті переважно горизонтально орієнтовані; спори Xanthoriaтипу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5. Сланеві лопаті з численними маленькими ризинами вздовж країв; корові шари – палісадна параплектенхіма. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Jackelixia [J. hypogymnioides група] – Сланеві лопаті з гаптерами або без спеціальних органів прикріплення до субстрату. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6. Сланеві лопаті дуже товсті, більше ніж 0,5 мм завт., обидва корові шари склероплектенхімні Caloplaca regalis типу; конідії вузькоеліпсоїдні. . . . . . . 6. Martinjahnsia – Сланеві лопаті звичайно тонші, дуже варіабельні – від товстих з порожниною в серцевині до плоскуватих в межах однієї слані; конідії паличковидні. . . . . . . . . . 10. Rusavskia 7 (3). Обидва корові шари добре розвинені. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 – Нижній коровий шар відсутній. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. Seirophora 8. Обидва верхній та нижній корові шари однакової природи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Modern Phytomorphology 3 (2013) – Верхній та нижній корові шари різні: верхній – параплектенхіма, нижній – прозоплектенхіма; серцевина з добре розвиненою плектенхімою. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14. Xanthomendoza 9 (7). Гаптери розвиваються лише в місцях контакту слані з субстратом. . . . 15. Xanthoria – Справжні ризини (які розвиваються без будь-якого контакту з субстратом) присутні або органи прикріплення до субстрату відсутні. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 10. Справжні ризини присутні, звичайно добре помітні. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 – Спеціальні органи прикріплення до субстрату відсутні. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 11. Ризини різних типів (та різного розміру) присутні в межах однієї слані. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Ovealmbornia – Ризини більш-менш однакового розміру в межах однієї слані . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 12. Ризини дуже короткі, на кінчиках роздвоєні чи потовщені, звичайно численні вздовж країв лопатей; корові шари палісадні параплектенхімні; види поширені в південній півкулі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Jackelixia – Ризини досить довгі (до 1-2 мм завд. чи навіть довші), звичайно численні на нижній поверхні. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 13. Ризини дуже тоненькі (звичайно до 40 мкм діам.), утворюють густу сітку знизу; корові шари псевдопрозоплектенхімні; конідії веретеновидні. . . . . . . . . . . . 4. Josefpoeltia – Ризини звичайно ширші ніж 40 мкм у діам.; конідії паличковидні . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 14. Слань утворена великого розміру плоскими горизонтально спрямованими лопатями; корові шари мезодермні параплектенхімні. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. Oxneria – Сланеві лопаті звичайно вузькі і невеликі, вертикально або горизонтально спрямовані; корові шари параплектенхімні. . . . . . . . . . . . . . 15 15. Справжній ексципул апотеціїв добре розвинений, псевдопрозоплектенхімний або

Кондратюк С.Я. Роди ксанторіоїдних лишайників (Teloschistaceae, Ascomycota) склероплектенхімний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 – Справжній ексципул апотеціїв відсутній або погано виражений, структура ‘textura intricata’. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Honeggeria 16. Справжній ексципул апотеціїв псевдопрозоплектенхімний . . . 1. Gallowayella – Справжній ексципул апотеціїв склероплектенхімний . . . . . . . . . . 3. Jesmurraya 17 (10). Слань розеткоподібна, складається з випуклих лопатей, які часто порожнисті всередині; конідії паличковидні . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10. Rusavskia – Слань від розетковидної до напівкущистої чи подушковидної; лопаті звичайно дуже малі, дорсиветральної чи радіальної будови; конідії широко еліпсоїдні . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Massjukiella

Перелік родів ксанторіоїдних лишайників родини телосхістових На сьогодні ксанторіоїдні лишайники представлені 15 родами, перелік яких наведено у алфавітному порядку. Для кожного роду наведено посилання на першоопис, а також вказано типовий вид. 1. Gallowayella S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.‑S. Hur & A. Thell in Fedorenko et al., Bibliotheca Lichenologica 108: 58 (2012). Типовий вид роду: Gallowayiella gallowayi (S.Y. Kondr. & Kärnefelt) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.‑S. Hur & A. Thell . 2. Jackelixia S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt & A. Thell in Fedorenko et al., Bibliotheca Lichenologica 100: 74 (2009). Типовий вид роду: Jackelixia elixii (S.Y. Kondr. & Kärnefelt) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt & A. Thell . 3. Jesmurraya S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.-S. Hur & A. Thell

221

in Fedorenko et al., Bibliotheca Lichenologica 108: 58 (2012). Типовий вид роду: Jesmurraya novozelandica (Hillmann) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.‑S. Hur & A. Thell . 4. Josefpoeltia S.Y. Kondr. & Kärnefelt, Bibliotheca Lichenologica 68: 22 (1997). Типовий вид роду: Josefpoeltia parva (Räsänen) Frödén (Syn. Josefpoeltia boliviensis S.Y. Kondr. & Kärnefelt). 5. Honeggeria S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.-S. Hur & A. Thell in Fedorenko et al., Bibliotheca Lichenologica 108: 58 (2012). Типовий вид роду: Honeggeria rosmarieae (S.Y. Kondr. & Kärnefelt) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.‑S. Hur & A. Thell . 6. Martinjahnsia S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, I. Kärnefelt, J. Elix, J.‑S. Hur & A. Thell in Fedorenko et al., Bibliotheca Lichenologica 108: 58 (2012). Типовий вид роду: Martinjahnsia resendei (Poelt & C. Tav.) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, I. Kärnefelt, J. Elix, J.-S. Hur & A. Thell . 7. Massjukiella S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.-S. Hur & A. Thell in Fedorenko et al., Bibliotheca Lichenologica 108: 58 (2012). Типовий вид роду: Massjukiella polycarpa (Hoffm.) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.-S. Hur & A. Thell. 8. Oxneria S.Y. Kondr. & Kärnefelt, Ukr. Bot. J. 60 (4): 428 (2003). Типовий вид роду: Oxneria alfredii (S.Y. Kondr. & Poelt) S.Y. Kondr. & Kärnefelt . 9. Ovealmbornia S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix & A. Thell in Fedorenko et al., Bibliotheca Lichenologica 100: 75 (2009). Типовий вид роду: Ovealmbornia

222

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Табл. 1. Положення ксанторіоїдних лишайників у різних підродинах родини Teloschistaceae.

Філа Xanthorioid

Xanthorioideae

Teloschistoid

Caloplacoideae

Підродина

Table 1. Position of xanthorioid lichens in different subfamilies of Teloschistaceae family. №

Назва роду, автори

Типовий вид

Blastenia A. Massal. s.str.

Blastenia ferruginea (Huds.) A. Massal.

Fulgensia A. Massal. & De Not. s.str.

Fulgensia vulgaris A. Massal. & De Not.

Pyrenodesmia A. Massal. s.str.

Pyrenodesmia chalybaea (Fr.) A. Massal.

Caloplaca Th. Fr. s.str.

Caloplaca cerina (Hedw.) Th. Fr.

Ioplaca Poelt

Ioplaca sphalera Poelt

Seirophora Poelt

Seirophora magara (Kremp.) Poelt

Hueidea Kantvilas & P.M. McCarthy

Hueidea australiensis Kantvilas & P.M. McCarthy

Teloschistes Norman s.lat.

Teloschistes flavicans (Sw.) Norman

Josefpoeltia S.Y. Kondr. & Kärnefelt

Josefpoeltia boliviensis S.Y. Kondr. & Kärnefelt

Xanthocarpia A. Massal. & De Not.

Xanthocarpia ochracea (Schaer.) A. Massal. & De Not.

Xanthoria (Fr.) Th. Fr.

Parmelia parietina (L.) Ach.

Polycauliona Hue

Polycauliona regalis (Vain.) Hue

Xanthodactylon P.A. Duvign. em. S.Y. Kondr. & Kärnefelt

Xanthodactylon perforatum P.A. Duvign.

Xanthopeltis R. Sant.

Xanthopeltis rupicola R. Sant.

Xanthomendoza S.Y. Kondr. & Kärnefelt

Xanthomendoza mendozae (Räsänen) S.Y. Kondr. & Kärnefelt

Oxneria S.Y. Kondr. & Kärnefelt

Xanthoria alfredii S.Y. Kondr. & Poelt

Rusavskia S.Y. Kondr. & Kärnefelt

Rusavskia elegans (Link) S.Y. Kondr. & Kärnefelt

Jackelixia S.Y. Kondr., Fedorenko, S. Stenroos, I. Kärnefelt & A. Thell

Jackelixia elixii (S.Y. Kondr. & Kärnefelt) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, I. Kärnefelt & A. Thell

1. 2.

10. Ovealmbornia S.Y. Kondr., Fedorenko, Stenroos, I. Kärnefelt, Elix & A. Thell

Ovealmbornia bonae-spei (S.Y. Kondr. & Kärnefelt) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, Stenroos, I. Kärnefelt, Elix & A. Thell

11. Xanthokarooa S.Y. Kondr., Fedorenko, Stenroos, I. Kärnefelt, Elix & A. Thell

Xanthokarooa karrooensis (S.Y. Kondr. & Kärnefelt) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, Stenroos, I. Kärnefelt, Elix & A. Thell

12. Gallowayella S.Y. Kondr., Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.-S. Hur & A.Thell

Gallowayella gallowayi (S.Y. Kondr. & Kärnefelt) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.-S. Hur & A.Thell

13. Honeggeria S.Y. Kondr., Fedorenko, S. Stenroos, I. Kärnefelt, Elix, A. Thell & J.-S. Hur

Honeggeria rosmarieae (S.Y. Kondr. & Kärnefelt) S.Y. Kondr., Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.-S. Hur & A.Thell

14. Jesmurraya S.Y. Kondr., Fedorenko, S. Stenroos, I. Kärnefelt, Elix, A. Thell & J.-S. Hur

Jesmurraya novozelandica (Hillmann) S.Y. Kondr., Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.-S. Hur & A.Thell

15. Martinjahnsia S.Y. Kondr., Fedorenko, S. Stenroos, I. Kärnefelt, Elix, A. Thell & J.-S. Hur

Martinjahnsia resendei (Poelt & C.Tav.) S.Y. Kondr., Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.-S. Hur & A.Thell

16. Massjukiella S.Y. Kondr., Fedorenko, S. Stenroos, I. Kärnefelt, Elix, A. Thell & J.-S. Hur

Massjukiella polycarpa (Hoffm.) S.Y. Kondr., Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix, J.-S. Hur & A.Thell

Кондратюк С.Я. Роди ксанторіоїдних лишайників (Teloschistaceae, Ascomycota)

223

bonae‑spei (S.Y. Kondr. & Kärnefelt) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix & A. Thell . 10. Rusavskia S.Y. Kondr. & Kärnefelt, Ukr. Bot. J. 60 (4): 433 (2003). Типовий вид роду: Rusavskia elegans (Link) S.Y. Kondr. & Kärnefelt .

один рід Josefpoeltia. Всі решта 13 родів ксанторіоїдних лишайників належать до Xanthorioid філи підродини Xanthorioideae (Табл. 1). Пояснення щодо положення накипних представників родини наведено у попередній роботі (Кондратюк и др. 2013).

11. Seirophora Poelt, Flora, Jena 174 (5/6): 440 (1983). Типовий вид роду: Seirophora villosa (Ach.) Frödén (syn. Seirophora magara (Krempl.) Poelt).

Отже, ксанторіоїдні лишайники представлені сьогодні 15 родами, які мають найвищі рівні підтримки за результатами молекулярно-філогенетичних досліджень, належать переважно до підродини Xanthorioideae. Подальша ревізія накипних представників родини Teloschistaceae, які до останнього часу включались до роду Caloplaca, дозволить також встановити (уточнити) статус деяких груп ксанторіоїдних лишайників.

12. Xanthodactylon Duvigneaud, Bull. Jard. Bot. de l’Etat Bruxeles 16: 259 (1941) emend. S.Y. Kondr., Kärnefelt, Elix & A. Thell in Kondratyuk et al., Sauteria 15: 265 (2008). Типовий вид роду: Xanthodactylon flammeum (L.f.) C.W. Dodge . 13. Xanthokarrooa S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix & A. Thell in Fedorenko et al., Bibliotheca Lichenologica 100: 76 (2009). Типовий вид роду: Xanthokarrooa karrooensis (S.Y. Kondr. & Kärnefelt) S.Y. Kondr., N.M. Fedorenko, S. Stenroos, Kärnefelt, Elix & A.Thell . 14. Xanthomendoza S.Y. Kondr. & Kärnefelt, Bibliotheca Lichenologica 68: 26 (1997). Типовий вид роду: Xanthomendoza mendozae (Räsänen) S.Y. Kondr. & Kärnefelt . 15. Xanthoria (Fr.) Th.Fr., Nova Acta R. Soc. Scient. Upsal., Ser. 3 3: 166 (1861) [1860]. Типовий вид роду: Xanthoria parietina (L.) Beltr. Положення ксанторіоїдних лишайників у системі родини Teloschistaceae Наведені вище роди ксанторіоїдних лишайників розподілені у системі родини Teloschistaceae дуже нерівномірно. Так, в підродині Caloplacoideae є лише один рід Seirophora, так само у Teloschoid філі підродини Xanthorioideae – також лише

Подяки Автор вдячний Державному Комітету з науки, інновацій та інформатизації України (М317-2011-409 та М111-2012‑409) за фінансову підтримку деяких етапів досліджень. Використані джерела Кондратюк С.Я., Федоренко Н.Н., Джеонг М.‑Х., Ю Н.-Н., Стенруш С., Чарнефельт И., Тель A., Иликс Дж. А., Ким Ю., Кондратюк А.С., Хо Дж.-С. 2013. Молекулярная филогения и изменения в современной классификации лишайников семейства телосхистовых (Teloschistaceae, Ascomycota). Проблемы экспериментальной ботаники: ІХ Купревичские чтения: 5–74. Fedorenko N.M., Stenroos S., Thell A., Kärnefelt I., Kondratyuk S. 2009. A phylogenetic analysis of xanthorioid lichens (Teloschistaceae, Ascomycota) based on ITS and mtSSU sequences. In: Thell A., Seaward M.R.D., Feuerer T. (eds), Diversity of lichenology – anniversary volume. Bibliotheca Lichenologica 100: 49–84. Fedorenko N.M., Stenroos S., Thell A., Kärnefelt I., Elix J.A., Hur J.-S., Kondratyuk S.Y. 2012. Molecular phylogeny of xanthorioid lichens (Teloschistaceae, Ascomycota), with notes on their morphology. In: Kärnefelt I., Seaward M.R.D., Thell A. (eds), Systematics, biodiversity and ecology of lichens. Bibliotheca Lichenologica 108: 58–76.

224

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Kärnefelt I. 1989. Morphology and phylogeny in the Teloschistales. Cryptogamic Botany 1: 147–203. Kondratyuk S.Y., Kärnefelt I. 1997. Josefpoeltia and Xanthomendoza, two new genera in the Teloschistaceae (lichenized Ascomycotina). In: Türk R., Zorer R. (eds), Progress and Problems in Lichenology in the Nineties. Bibliotheca Lichenologica 68: 19–44.

Kondratyuk S.Y., Kärnefelt I. 2003. Revision of three natural groups of xanthorioid lichens (Teloschistaceae, Ascomycota). Ukr. J. Bot. 60: 443– 453.

GENERA OF XANTHORIOID LICHENS (TELOSCHISTACEAE, ASCOMYCOTA) SUPPORTED BY MOLECULAR PHYLOGENY (LIST, KEY TO IDENTIFICATION, POSITION) Sergij Y. Kondratyuk Abstract. Key to genera of the xanthorioid lichens proposed during last 15 years (Kondratyuk & Kärnefelt 1997, 2003; Fedorenko et al. 2009, 2012) and having support after molecular phylogeny (Fedorenko et al. 2009, 2012; Кондратюк и др. 2013) and after data of morphological and anatomical revision, as well as a list of all 15 genera accepted (Gallowayella, Jackelixia, Jesmurraya, Josefpoeltia, Honeggeria, Martinjahnsia, Massjukiella, Oxneria, Ovealmbornia, Rusavskia, Seirophora, Xanthodactylon, Xanthokarrooa, Xanthomendoza and Xanthoria) with references to original description and type species is provided. Position of xanthorioid lichens in two subfamilies (Caloplacoideae and Xanthorioideae) of the family Teloschistaceae is discussed. Key words: Teloschistaceae, Gallowayella, Jackelixia, Massjukiella, Oxneria, lichen-forming fungi, genera, key, molecular phylogeny M.G. Kholodny Institute of Botany, 2 Tereshchenkivska str., 01601 Kyiv, Ukraine; ksya_net@ukr.net

Modern Phytomorphology 3: 225–229, 2013

УДК 58.02+534.8+582.28+771.531.351

ЧОРНІ ДРІЖДЖЕПОДІБНІ ГРИБИ EXOPHIALA ALCALOPHILA GOTO ET SUGLY ІЗ ПОШКОДЖЕНОГО ГЕРМЕТИКА В УМОВАХ ВИСОКОЇ ВОЛОГОСТІ ПРИМІЩЕНЬ Тетяна Кондратюк Анотація. Встановлено, що культура чорних дріжджеподібних грибів у складі комплексу мікроорганізмів, ізольованих із пошкодженого герметика в умовах високої вологості приміщень, належить до Exophiala sp. (за морфологічними ознаками). За результатами філогенетичного аналізу за сиквенсами ділянки ITS1/ITS2 ядерної ДНК Exophiala sp. віднесено до E. alcalophila Goto et Sugly. Даний вид наводиться для України вперше. Ключові слова: Exophiala alcalophila, пошкодження, герметики, морфологія, філогенетичний аналіз, ядерна ДНК, ITS1/ITS2 ННЦ «Інститут біології», Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 64/13, 01601, Київ – 601, Україна; takbiofak@ukr.net

Вступ Дослідження мікроскопічних грибівпошкоджувачів оздоблювальних матеріалів в приміщеннях визнано актуальною проблемою сьогодення, оскільки розвиток біодеструкторів може призводити до виникнення небезпечних для здоров’я людини ситуацій, пов’язаних із надходженням спор грибів з пошкоджених матеріалів у повітря приміщень (Марфенина и Фомичева 2007). У складі угруповань мікроорганізмів, які пошкоджують різноманітні матеріали, трапляються чорні дріжджеподібні гриби (ЧДГ). Так, представники роду Exophiala наводяться у комплексі мікроскопічних грибів-пошкоджувачів кам’янистого субстрату (мармуру, будівельних матеріалів) у міському середовищі (Власов 2008), поверхонь матеріалів конструкцій і техніки російського сегмента міжнародної орбітальної космічної станції (Алехова и др. 2009) тощо. Вид E. jeanselmei var. jeanselmei визначено в пробах повітря та бетону з © The Author(s), 2013

ознаками руйнації в районах розташування полярних станцій в Західній Антарктиці (Власов и др. 2006). Види роду Exophiala поширені у природі – на деревині, що гниє, у ґрунті та воді (Саттон и др. 2001). До складу роду Exophiala входять численні види потенційних опортуністів чи патогенів, які викликають захворювання у імунокомпетентних людей. Відповідно до санітарних правил (СП 1.3.2322-08 2008) всі види роду Exophiala віднесено до IV групи патогенності. Питання систематики чорних дріжджеподібних грибів (ЧДГ) достатньо складне, оскільки їх характерною особливістю є наявність одноклітинної стадії у вигляді дріжджеподібних клітин. Протягом останнього десятиліття досягнуто значного успіху у таксономії вказаної групи завдяки використанню методів молекулярної філогенії (de Hoog et al. 2000, 2011). Однією із причин складності ідентифікації ЧДГ є слабка диференціація конідіальних структур і значна варіабельність форм та розмірів клітин. ЧДГ роду Exophiala входять до групи анаморфних

226

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Рис. 1. Проби пошкодженого мікроскопічними грибами полімерного матеріалу (герметика): А – зовнішня сторона; Б – внутрішня сторона проби. Fig. 1. Specimens of hermetic damaged by microscopic fungi: А – general view of upper side; Б – view from underside.

(мітоспорових). Якщо телеоморфи відомі, вони належать до роду Capronia. Види роду Exophiala характеризуються властивістю утворювати клітини, які брунькуються, та диморфізмом, тобто здатністю формувати в різних умовах такі два різні морфологічні типи (форми), як «дріжджі» та «гіфи» (de Hoog et al. 2011). Деякі види роду Exophiala утворюють фіалідові (верхівкові), ланцюжкові чи симподіальні синанаморфи, що відображають динамічні життєві цикли. З огляду на широку екологічну амплітуду ЧДГ роду Exophiala і здатність представників деяких видів спричиняти патологічні стани людини та тварин, з’ясування їхньої видової приналежності є актуальним. Матеріали і методи досліджень Матеріалом для досліджень слугували чисті культури ЧДГ, які підтримуються в колекції мікроскопічних грибів навчальнонаукового центру (ННЦ) «Інститут біології» Київського національного університету імені Тараса Шевченка (FCKU) та ізольовані з чорних нашарувань на поверхні полімерного (акрилового) шва між стінкою душової кабіни та стіною ванної кімнати приватного будинку в м. Київ (Кондратюк 2010). Візуально добре помітні пошкодження були зосереджені як на зовнішній, так і на

внутрішній стороні герметика (Рис. 1). Для виділення та ідентифікації грибівпошкоджувачів використовували тверді поживні середовища: картопляно-глюкозний агар (КГА), агаризоване середовище Сабуро та сусло-агар (СА) (ГОСТ 9.048‑89. ЕСЗКС 1989; Samson et al. 2004). Ідентифікацію ізольованих чистих культур за морфологічними ознаками здійснювали із використанням визначників грибів (de Hoog et al. 2000; Саттон и др. 2001). Уточнення описів морфології колоній та конідієгенних структур уточнювали із залученням сучасних даних, висвітлених у статтях (Lian & de Hoog 2010; de Hoog et al. 2011). Морфологічну структуру клітин ЧДГ досліджували, використовуючи скануючий електронний мікроскоп JSM-6060LA (після попереднього напилення вуглецем та золотом). Ядерну ДНК ізолювали із колоній грибів, які культивувалися на КГА з використанням відповідного UltraClean TM Microbial DNA isolation Kit (MoBio Laboratories, Inc., Solana Beach, CA, USA), згідно з протоколами виробника. Отримані нуклеотидні послідовності були порівняні з послідовностями, наявними в базі даних Генобанку (NCBI GenBank) з використанням програми пошуку «МЕГАБЛАСТ».

Кондратюк Т.О. Exophiala alcalophila, ізольовані з пошкодженого герметика А

227

Рис. 2. Чорні дріжджеподібні гриби Exophiala sp.: А – гіфальні структури гриба на сусло-агарі; Б – дріжджеподібні клітини на середовищі КГА. Fig. 2. Black yeast-like fungi of Exophiala sp.: А – hyphal structures of fungus at MEA; Б – yeast-like cells at PDA medium.

Результати та їх обговорення В результаті проведених досліджень встановлено, що пошкодження дослідженого полімерного матеріалу (акрилвмісного герметика) спричинено міцеліальними грибами Acremonium strictum W. Gams, Alternaria longipes (Ellis et Everh.) E.W. Mason., Cladosporium sphaerospermum Penz, Fusarium poae (Peck) Wollenw, Scolecobasidium compactum M.B. Ellis, дріжджеподібними грибами Rhodotorula sp., бактеріями та ЧДГ. Останні ізолювали із накопичувальної культури, отриманої на агаризованому середовищі Сабуро. Переважали в зазначеному комплексі темнопігментовані мікроскопічні гриби. Чиста культура ЧДГ була попередньо ідентифікована нами як Exophiala sp. На КГА та середовищі Сабуро гриби формували гладенькі колонії чорного кольору, діаметром до 2-2,5 см слизистої консистенції. Гіфальні структури спостерігали на СА та КГА. Дріжджеподібні одноклітинні клітини варіювали за формою та розмірами. Переважали дрібні (4-6 мкм) майже сферичні клітини (Рис. 2). За результатами філогенетичного аналізу за послідовностями ділянок ITS1 та ITS2, а також ділянки 5.8 S ядерної ДНК (скорочено ITS1/ITS2 ділянки), ЧДГ відібраного нами зразка належать до виду Exophiala alcalophila

Goto et Sugly. За морфологічними ознаками ізольовані нами зразки E. alcalophila не відрізняються від опису виду, наведеного Г. де Хугом з колегами (de Hoog et al. 2011) за типовими колекційними штамами двохтижневого віку за умов культивування на агаризованому суслі (мальтекстракт агарі – МЕА) за температури 24°С. Впродовж першого тижня культивування домінує дріжджеподібна фаза, тоді як пізніше переважає гіфальний морфотип. Перевага будь-якого морфотипу є дуже нестабільною ознакою (de Hoog et al. 2011). ЧДГ вказаного виду були відомі до останнього часу з Японії та Данії. Гриб E. alcalophila був описаний/ізольований з двох морфотипів: гіфального та такого, який повністю складався з клітин, що брунькуються. Цим пояснюється те, що спочатку гриб був описаний під двома родовими назвами: Exophiala та Phaeococcomyces. Зазначений факт підкреслює також виражені диморфні особливості виду. Г. де Хуг з колегами (de Hoog et al. 2011) наводять результати опрацювання типової культури E. alcalophila (колекція CBS), отриманої з ґрунту на середовищі з мінімальним вмістом поживних речовин при рН 10.4, а також штамів із житлових приміщень, зокрема, з контейнера для мила/ порошку пральної машини, з проб води у

228

Modern Phytomorphology 3 (2013)

ванні. Штам CBS 122256 був ізольований із шкіри людини з симптомами помірного враження міцеліальними грибами в Данії, але без детальної інформації щодо клінічної картини захворювання. Х. Ліан і де Хуг (Lian & de Hoog 2010) припускають можливий зв’язок між виникненням інфекції шкіри людини та наявністю схожих на чорні дріжджі грибів в умовах приміщень, зокрема ванних кімнат (тобто в умовах «водних систем» приміщень), у яких багато мильних розчинів і середовище збіднене на поживні речовини для грибів. Вказані автори ізолювали з ванних кімнат низку грибів, подібних до чорних дріжджів, які до останнього часу були відомі лише зі шкіри чи нігтів людини. E. alcalophila належить до такої ж самої екологічної групи, хоча з нижчою вірулентністю. Визначення отриманих нами ізолятів ЧДГ стало можливим власне завдяки даним Г. де Хуга з колегами (de Hoog et al. 2011) щодо аналізу результатів ITS-секвенування видів роду Exophiala, які були передані до Генобанку в 2011 р. Вказана публікація (de Hoog et al. 2011) може слугувати першим найвагомішим посібником у таксономічній обробці цієї групи, оскільки раніше дані щодо морфологічних і молекулярних ознак видів комплексу Exophiala були «розпорошені» у літературі з медичного, ветеринарного та екологічного напрямів. Висновки Таким чином, за морфологічними ознаками та результатами філогенетичного аналізу ЧДГ Exophiala sp. віднесено нами до виду E. alkalophila, який наведено для України вперше. Подяки Автор висловлює щиру подяку д.б.н., професору Кондратюку Сергію Яковичу за практичну допомогу у проведенні філогенетичного аналізу, коллегам із Сунчонського університету (Південна Корея) Джеонг M.-Х. та професору

Хо Дж.-С. – за допомогу у проведенні молекулярно-генетичних досліджень, науковому співробітнику Інституту Ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України Сапсаю В.І. – за допомогу під час проведення електронномікроскопічного дослідження. Використані джерела Алехова Т.А., Александрова А.В., Загустина Н.А. и др. 2009. Микроскопические грибы на российском сегменте международной космической станции. Микология и фитопатология 43 (5): 377–387. Власов Д.Ю. 2008. Микромицеты в литобионтных сообществах: разнообразие, экология, эволюция, значение. Автореф. дисерт... д-ра биол. наук. СанктПетербург. Власов Д.Ю., Горбунов Г.А., Крыленков В.А., Лукин В.В. и др. 2006. Микромицеты из районов расположения полярных станций в Западной Антарктике. Микология и фитопатология 40 (3): 202–211. ГОСТ 9.048-89. ЕСЗКС. 1989. Изделия технические. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов. Изд-во стандартов, Москва. Кондратюк Т.А. 2010. Биопленка на синтетических полимерных материалах в условиях повышенной влажности помещений. Иммунопатология. Аллергология. Инфектология 1: 65–66. Марфенина О.Е., Фомичева Г.М. 2007. Потенциально патогенные мицелиальные грибы в среде обитания человека. Современные тенденции. В кн.: Дьякова Ю.Т., Сергеева Ю.В. (ред.), Микология сегодня. Т. 1: 235–266. Национальная академия микологии, Москва. Саттон Д., Фотергилл А., Ринальди М. 2001. Определитель патогенных и условно-патогенных грибов (пер с англ. К.Л. Тарасова, Ю.Н. Ковалева). Мир, Москва. СП 1.3.2322-08. 2008. Санитарно-эпидемиологические правила. Безопасность работы с микроорганизмами III–IV групп патогенности (опасности) и возбудителями паразитарных болезней. Москва. de Hoog G. S., Guarro J., Gene J., Figueras M.J. 2000. Atlas of clinical fungi. 2nd ed. ASM Press, Washington. de Hoog G.S., Vicente V.A., Najafzadeh M.J. et al. 2011. Waterborne Exophiala species causing disease in cold-blooded animals. Persoonia 27: 46–72. Lian, X., de Hoog, G.S. 2010. Indoor wet cells harbour melanized agents of cutaneous infection. Med. Mycol. 48 (4): 622–628.

Кондратюк Т.О. Exophiala alcalophila, ізольовані з пошкодженого герметика

229

Samson R.A., Hoekstra E.S., Frisvad J.C. 2004. Introduction to food and airborne fungi. 7th edition. Ponsen and Looyen print, Wageningen, Netherlands.

BLACK YEAST-LIKE FUNGI EXOPHIALA ALCALOPHILA GOTO ET SUGLY FROM HERMETIC DAMAGED IN CONDITIONS OF INDOOR HIGH HUMIDITY Tetyana Kondratyuk Abstract. From morphological study it was shown that culture of black yeast-like fungi of microorganism complex isolated from hermetic damaged in conditions of indoor high humidity belongs to Exophiala sp. It was identified as E. alcalophila Goto et Sugly after results of phylogenetic analysis based on sequences of the internal transcribed spacer 1 (ITS1), the 5.8 S gene and the internal transcribed spacer 2 (ITS2) rDNA. E. alcalophila is for the first time recorded for Ukraine. Key words: Exophiala alcalophila, hermetic, damages, morphology, phylogenetic analysis, nuclear DNA, ITS1/ITS2 Educational and Scientific Centre «Institute of Biology» of Taras Shevchenko National University of Kyiv, 64/13 Volodymyrs’ka str., 10601, Kyiv, Ukraine; takbiofak@ukr.net

Modern Phytomorphology 3: 231–240, 2013

УДК 582.26:556.55

МОРФОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ НОВИХ ДЛЯ УКРАЇНИ BACILLARIOPHYTA З ГІДРОТОПІВ ПРАВОБЕРЕЖНОГО ЛІСОСТЕПУ. II. ВИДИ GOMPHONEMA EHRENB. Л.М. Бухтіярова Анотація. Вперше у гідротопах України знайдено види Gomphonema laticollum Reichardt та G. bukycanyona sp. nov., для яких досліджено морфологію за CМ і СЕМ мікрофотографіями, вказано географічне поширення. Обґрунтовано введення нової термінології для позначення полюсів гетерополярного панцира. За формою контуру до цих пір розрізняли голівку і ніжку стулки, або head pole і foot pole. Проте чимала кількість видів Gomphonema Ehrenb. не мають помітно розширеного закругленого полюсу, що нагадує голівку. У значної кількості видів контур обох полюсів однаковий. Згідно із функціями полюсів, запропоновано термін прикріплюючий полюс стулки для полюсу із поровими полями або іншими структурами, які прикріплюють індивід до субстрату. Термін вільний полюс стулки позначає полюс, який відносно вільно розташований у просторі. Функція вільного полюсу полягає у збільшенні контактного простору індивіда – частини зовнішнього середовища, з якою індивід може взаємодіяти безпосередньо своїми фізичним тілом і біополем. В межах контактного простору відбувається фізична, максимальна енергетична та інформаційна взаємодія, підвищено обмін речовин індивіда із зовнішнім середовищем. Цей параметр екосистеми є частиною індивідуальної біосфери і безпосередньо впливає на формування еконіши виду. Нові терміни стосуються функціональної морфології родів, види яких мають гетерополярний панцир і прикріплюються до субстрату, зокрема, Gomphonema, Didymosphenia M. Schmidt, Meridion Agardh, Licmophora Agardh та інших. Обговорюється типіфікація видів Bacillariophyta. Ключові слова: Gomphonema, нові види, функціональна морфологія, нові терміни, прикріплюючий полюс стулки, вільний полюс стулки, контактний простір індивіда, індивідуальна біосфера, еконіша виду, типіфікація виду Інститут ботаніки_імені М.Г. Холодного НАН України, вул. Терещенківська, 2, м. Київ, 01601, Україна; L.Bukhtiyarova@gmail.com

Вступ

Матеріали і методи досліджень

У попередній статті повідомлялась детальна інформація про Gomphonema italicum Kütz. і Gomphonema pseudoaugur Lange-Bert., які були вперше зареєстровані на території України (Бухтіярова 2012). За останні три роки у гідротопах Правобережного Лісостепу знайдено 20 таксонів, нових для альгофлори України (Бухтиярова 2012). Ця публікація присвячена дослідженню ультраструктури двох видів Gomphonema Ehrenb., що також вперше знайдені на цій території.

Для проведеного дослідження використано альгологічні матеріали, зібрані в 2011 р. Органічні речовини видалено холодним способом із використанням сірчаної кислоти (Топачевський і Оксіюк 1960). Морфологію панцира досліджено за допомогою світлового мікроскопа (СМ) у постійних препаратах із середовищем з високим показником заломлення Naphrax® (R.1. = 1.7) і сканувального електронного мікроскопа (СЕМ). Застосовано технічне обладнання: світловий мікроскоп Biolar PZO, Польща з фотовідеокамерою T100 Sciencelab 10.0 MPi, Китай; електронний мікроскоп JEOL 6060LA, Японія.

232

Modern Phytomorphology 3 (2013) Примітки до морфології видів Gomphonema Ehrenb.

У літературі, що стосується морфології видів роду Gomphonema, протилежні полюси стулки позначають як голівка і ніжка (Топачевський і Оксіюк 1960), head pole і foot pole (Reichardt 2009). Згідно із формою контуру полюсів такі терміни виправдані лише для певної частини видів. Чимала кількість видів Gomphonema не мають помітно розширеного закругленого полюсу, що нагадує голівку. Більше того, у значної кількості видів контур обох полюсів однаковий, наприклад, Gomphonema gracile Ehrenb. (Рис. 3). Отже, існуючі терміни лише частково відповідають морфологічній різноманітності роду. З огляду на різні функції кожного з полюсів (Bukhtiyarova 2009) пропонуємо більш точні терміни. Прикріплюючий полюс стулки (рус., прикрепляющий полюс створки; англ., attaching valve pole) – полюс стулки, на якому розташовані порові поля для виділення слизу, або інші структури, що виконують функцію прикріплення індивіда до субстрату. Вільний полюс стулки (рус., свободный полюс створки; англ., free valve pole) – полюс стулки, який відносно вільно розташований у просторі. Функція полюсу – збільшення контактного простору індивіда. Контактний простір індивіда (рус., контактное пространство индивида; англ., individual conntact space) – частина зовнішнього середовища, з якою індивід може взаємодіяти безпосередньо своїми фізичним тілом і біополем. В межах контактного простору відбувається фізична, максимальна енергетична та інформаційна взаємодія, підвищено обмін речовин індивіда із зовнішнім середовищем. Цей параметр екосистеми є частиною індивідуальної (=елементарної) біосфери, що « …включає конкретний організм, його біополе і трансформоване лише ним середовище» (Шеляг-Сосонко 2007). Контактний простір індивіда безпосередньо впливає на формування еконіши виду. Зокрема, встановлено, що внутрішньовидова

конкуренція сприяє розширенню еконіши, використання оскільки «….потребує додаткових джерел живлення, засвоєння нових оселищ, формування нових біоценотичних зв’язків» (Дідух 2012). Як згадувалось вище, у деяких видів Gomphonema вільний полюс стулки помітно розширений (Рис. 1), крім того, стулка може мати звуження на деякій відстані від полюсу (Рис. 2), що є ознаками видового рівня таксономії. Для таких видів термін голівка стулки доцільно зберегти як додатковий. Нові терміни використовуються для характеристики видів Gomphonema, Didymosphenia M. Schmidt, Meridion Agardh, Licmophora Agardh та інших родів білатеральної будови з асиметричними відносно поперекової вісі (=гетерополярними) стулками.

Gomphonema laticollum Reichardt in Jahn et al., 2001: 199, Taf. 5, figs 1-14; type material: Taf. 5, figs 1-6, holotype Taf. 5, fig. 1. (Рис. 4-6). Морфометричні дані: довжина 32-65 µm, ширина 8-16 µm, 10-14 штрихів у 10 µm, 30 ареол у 10 µm. Панцир гетерополярний, з пояска трапецієподібний. Стулки булавовидні, поступово звужені від середини до прикріплюючого полюсу. Вільний полюс широко закруглений (Рис. 4а), прикріплюючий – закруглений, з поровими полями по обидва боки дистальної щілини шва (Рис. 4b). Осьове гіалінове поле вузько-лінійне, центральне гіалінове поле злегка асиметричне, займає ½ ширини стулки і відгалужене 1-4 штрихами, з однією стигмою (Рис. 4с). Риски однорядні по всій довжині включно із загином стулки, злегка радіальні між центральним вузликом і вільним полюсом, паралельні на звуженій частині стулки, радіальні біля прикріплюючого полюсу; у центральній частині стулки 1-3 короткі риски чергуються з подовженими. Ареоли пороїдні, мають велум типу вола з С-подібними щілинами. Шов щілястий, зігнутий в товщі стулки; на зовнішній поверхні помітно хвилястий в

Бухтіярова Л.М. Нові види Gomphonema гідротопів Правобережного Лісостепу. ІІ.

233

Рис. 1–3. Контури гетерополярних стулок із різною формою полюсів: 1 – Gomphonema truncatum Ehrenb.; 2 – Gomphonema capitatum Ehrenb.; 3 – Gomphonema gracile Ehrenb.; a – вільний полюс; b – прикріплюючий полюс. Figs. 1–3. Contours of heteropolar valves with different pole shape: 1 – Gomphonema truncatum Ehrenb.; 2 – Gomphonema capitatum Ehrenb.; 3 – Gomphonema gracile Ehrenb.; a – free pole; b – attaching pole.

центральній частині (Рис. 4, 4с). Центральні пори шва круглі, дистальні щілини трохи зігнуті і сягають загину стулки, відхилені до одного боку (Рис. 4а-b). На внутрішній поверхні центральні пори гачкоподібні, хеліктоглоси звичайних форми і розміру. Порівняння. Вид відрізняється габітусом стулки від Gomphonema capitatum Ehrenb. (Reichardt 2001: 192, Taf. 1, figs 1-22, Taf. 2, figs 1-9), у якого подібна морфологія риски і, частково, збігаються морфометричні ознаки. В альгологічних матеріалах з України вид має дещо відмінні морфометричні

характеристики, ніж у протолозі. Поширення в Україні. G. laticollum вперше зареєстровано у гідротопах України: в епіфітоні водосховища на р. Стугна у м. Василькові Київської обл.; в епіфітоні р. Ірдинь у м. Сміла Смілянського р-ну Черкаської обл. Загальне поширення. Рідкісний вид, описаний із Східної Африки: водоспад «Каскад Ніагара» на о. Реюньон в Індійському океані, що на сході від о. Мадагаскар (типовой локалітет: «Cascade Niagara» bei Ste. Suzanne, La Réunion (Reichardt 2001)). Вид також зареєстровано у Південній Америці в

234

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Рис. 4, 4а-с. Gomphonema laticollum Reichardt (СЕМ): 4 – зовнішня поверхня стулки; 4а – вільний полюс, дистальна щілина шва; 4b – прикріплюючий полюс, порові поля, дистальна щілина шва; 4с – центральна частина стулки, центральні пори шва, стигма, С-подібні отвори ареол. Масштаб: 4 = 5 µm; 4а-с = 1 µm. Figs. 4, 4а-с. Gomphonema laticollum Reichardt (SЕМ): 4 – outside valve surface; 4а – free valve pole; 4b –attaching valve pole with pore fields, distal fissure; 4с – central part of valve, central raphe pores, stigma. Scale bars: 4 = 5 µm; 4а-с = 1 µm.

Бухтіярова Л.М. Нові види Gomphonema гідротопів Правобережного Лісостепу. ІІ.

235

Рис. 5, 5а, 6. Gomphonema laticollum Reichardt: 5 – внутрішня поверхня стулки; 5а – центральна частина стулки, центральні пори шва, стигма. 5, 5а – СЕМ; 6 – СМ. Масштаб: 5 = 5 µm; 5а = 1 µm; 6 = 10 µm. Figs 5, 5а, 6. Gomphonema laticollum Reichardt: 5 – interior valve surface; 5а –central part of valve, central raphe pores, stigma. 5, 5а – SЕМ, 6 – LМ. Scale bars: 5 = 5 µm; 5а = 1 µm; 6 = 10 µm.

236

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Бухтіярова Л.М. Нові види Gomphonema гідротопів Правобережного Лісостепу. ІІ. епіфітоні р. Мауріціо, штат Парана, Бразілія (Tremarin et al. 2009: figs 33, 119).

Gomphonema bukycanyona sp. nov.

Holotypus: Figs 7, 7a-d, designed here, paratypus: Fig. 8, designed here. DIAGNOSIS. Morphometric data: length 61-65 µm, width 11 µm, 8 striae in 10 µm, areola density variable between 15-20 in 10 µm. Frustule heteropolar. Valves lanceolate, gradually constricted from central part to attaching pole (Figs 7, 8). Free pole roundish triangular-shaped (Fig. 7b); attaching pole rounded with pore fields (Fig. 7а). Axial hyaline area combined with central one, narrow lanceolate; central hyaline area occupies ¼ of valve width and restricted by one stria, with one round stigma (Fig. 7с). Striae uniserial up to valve mantle, biserial without interruption on the mantle (Fig. 7с, arrows); weakly radiate along whole valve. Аreolae variable, mainly with С- or І-shaped wide foramens (Fig. 7d); small round areolae in vertical rows on free pole mantle (Fig. 7b, arrow). Velum of hymen type on valve interior. Raphe system slit-like, curved into valve thickness, on valve external surface almost straight (Figs 7, 8). Central raphe pores elongated roundish (Fig. 7с), distal raphe slits slightly curved on the mantle, deflected to different sides (Figs 7а-b). ДІАГНОЗ. Морфометричні дані: довжина 61‑65 µm, ширина 11 µm, 8 рисок у 10 µm, 15-20 ареол у 10 µm; щільність ареол мінлива, між 15-20 у 10 µm. Панцир гетерополярний. Cтулки ланцетні, поступово звужені від середини до прикріплюючого полюсу (Рис. 7, 8). Вільний

237

полюс закруглено-трикутної форми (Рис. 7b); прикріплюючий полюс закруглений, з поровими полями (Рис. 7а). Осьове гіалінове поле поєднане з центральним, вузько ланцетне; центральне гіалінове поле займає ¼ ширини стулки і відгалужене однією рискою, з однією круглястою стигмою (Рис. 7с). Риски однорядні до загину стулки, на загині дворядні, безперервні (Рис. 7с, стрілки); злегка радіальні уздовж всієї стулки. Ареоли з мінливими за формою, переважно С- чи І-подібними широкими отворами (Fig. 7d); мілкі круглясті ареоли у вертикальних рядах на загині вільного полюсу (Fig. 7b, стрілка). Велум типу гімен на внутрішній поверхні стулки (Рис. 7d). Шовна система щіляста, щілини зігнуті у товщі стулки, на зовнішній поверхні ниткоподібні, майже прямі (Рис. 7, 8). Центральні пори шва повздовженозакруглені (Рис. 7с), дистальні щілини трохи зігнуті, сягають на загин стулки, відхилені до різних боків (Рис. 7а-b). Морфометрические ДИАГНОЗ. данные: длина 61‑65 µm, ширина 11 µm, 8 штрихов в 10 µm, плотность ареол изменчива, 15-20 в 10 µm. Панцирь гетерополярный. Cтворки ланцетные постепенно сужены от середины к прикрепляющему полюсу (Рис. 7, 8). Свободный полюс закругленно-треугольной формы (Рис. 7b); прикрепляющий полюс закругленный, с поровыми полями (Рис. 7а). Осевое гиалиновое поле объединено с центральным, узко ланцетное; центральное гиалиновое поле занимает ¼ ширини створки и ограничено одним штрихом, с одной округлой стигмой (Рис. 7с). Штрихи однорядные до загиба створки, непрерывные

Figs. 7, 7a-d. Holotypus of Gomphonema bukycanyona sp. nov., designed here, single exemplar and its enlarged fragments: 7 – external valve surface; 7a – attaching valve pole with pore fields, distal fissure; 7b – free valve pole with small round areolae on mantle; 7c – central part of valve, central raphe pores, stigma; 7d – areolae foramens. Fig. 8. Paratypus of Gomphonema bukycanyona sp. nov., designed here. 7а-d – SЕМ, 8 – LМ. Scale bars: 7, 8 = 10 µm; 7а, b, d = 1 µm; 7с = 2 µm. ◀ Рис. 7, 7а-d. Голотип Gomphonema bukycanyona sp. nov., призначений тут, один екземпляр та його збільшені фрагменти: 7 – зовнішня поверхня стулки; 7а – прикріплюючий полюс стулки, порові поля, дистальна щілина шва; 7b – вільний полюс стулки, дистальна щілина шва; 7с – центральна частина стулки, центральні пори шва, стигма; 7d – отвори ареол. Рис. 8. Паратип Gomphonema bukycanyona sp. nov., призначений тут. 7а-d – СЕМ, 8 – СМ. Масштаб: 7, 8 = 10 µm; 7а, b, d = 1 µm; 7с = 2 µm.

238 двурядные на загибе (Рис. 7с, стрелки); слегка радиальные вдоль всей створки. Ареолы изменчивой, преимущественно С- или І-образной формы, с широкими фораменами; мелкие круглые ареолы в вертикальных рядах на загибе свободного полюса (Рис. 7b, стрелка). Велум типа гимен на внутренней поверхности створки (Рис. 7d). Шовная система щелевидная, щели изогнуты в толще створки, на внешней поверхности нитевидные, почти прямые (Рис. 7, 8). Центральные поры шва вытянуты, закруглены (Рис. 7с), дистальные щели шва слегка изогнуты, продлены на загиб створки, отклонены в разные стороны (Рис. 7а, b). Type locality and biotop. Longitude: 49°5′45″ N, Latitude 30°23′41″ E. Ukraine, Cherkassy Region, Village Buky, R. Girsky Tekych, bank-water near a source, epiphyton on the higher plants into water. Type material: T-Bukht-4, collected by L. Bukhtiyarova in May 2011, includes 2 permanent slides and preserved material in Сollection of L. Bukhtiyarova; ZU8/78 in Friedrich Hustedt Collection. Alfred-WegenerInstitute für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven, Germany. Etymology. Species is named as per allocation where it was found. Buky Canyon on R. Girsky Tekych is one of numerous picturesque places in Ukraine. Ecology and distribution. G. bukycanyona is known from type locality, single exemplars were found in type locality and in epilithon from nearby boulders. Comparison. New species differs on stria and areola morphology especially on valve mantle and free valve pole from G. insigniforme Reichardt et Lange-Bert. (Reichardt 1999: 10, Taf. 3, figs 1-22, Taf. 4, figs 1-7), that has similar valve outline and partially similar morphometric data. G. bukycanyona is similar on valve outline and morphometric data with G. longiceps var. montanum (Schum.) Cleve f. suecicum Grun. (Криштофович и Прошкина-Лавренко 1950: 295, табл. 90, рис. 19 – copy from F. Hustedt). However an accurate comparison with the new species is

Modern Phytomorphology 3 (2013) impossible as ultrastructural studies absent for this taxon. Типіфікація нового виду здійснена за серією мікрофотографій одного екземпляру виду та його фрагментів, отриманих за допомогою СЕМ, що відповідає Art. 40.5 IСN (Melbourne Code 2012) стосовно типіфікації мікроводоростей. Незважаючи на відносно великий розмір панцира, таксономічно важливі ознаки G. bukycanyona, що увійшли до протологу, отримані саме за допомогою СЕМ. Діагноз нового таксону представлено трьома мовами з метою його вдосконалення і більш зручного використання у науковому колі. Питання типіфікації розглянуто більш детально у Bukhtiyarova & Stanislavskaya (2013). Висновки Отримані результати підтверджують попередній висновок про перспективність досліджень Bacillariophyta у гідротопах Правобережного Лісостепу України щодо нових флористичних знахідок. Використання функціональної морфології сприяє уточненню термінології для діагностичних описів панцира діатомових водоростей. Ультраструктурні дослідження конче необхідні для коректного визначення видів Bacillariophyta навіть із порівняно великими розмірами панцира, оскільки таксономічно важливі ознаки часом неможливо зафіксувати за допомогою світлової мікроскопії. Типіфікація видів Bacillariophyta із використанням серії мікрофотографій одного екземпляру нового виду, зроблених за допомогою скануючої електронної мікроскопії, суттєво підвищує якість опису і спрощую подальшу роботу з типом виду. Подяки Авторка щиро вдячна чл.-корр НАН України Я.П. Дідуху, доктору біологічних. наук І.В. Довгаль, доктору біологічних. наук О.О. Протасову, старшому науковому

Бухтіярова Л.М. Нові види Gomphonema гідротопів Правобережного Лісостепу. ІІ. співробітнику ІнБЮМ НАН України О.В. Празукіну за консультації з екологічних питань; відомому експерту по таксономії роду Gomphonema Her Erwin Reichardt за допомогу у отриманні спеціальної літератури, оператору СЕМ В.І. Сапсай за допомогу у мікрофотозйомці; професору Michael Guiry, Ryan Institute, Ireland за виправлення англійської мови у резюме та шановному рецензенту за слушні поради і змістовні зауваження. Використані джерела Бухтіярова Л.М. 2012. Морфологічні особливості нових для України Bacillariophyta з гідротопів Правобережного Лісостепу. I. Види Gomphonema Ehrenb. Mod. Phytomorphol. 1: 85–88. Бухтиярова Л.Н. 2012. Новые для Украины Bacillariophyta из гидротопов Правобережной Лесостепи. Актуальные проблемы современной альгологии (Мат. 4-й международ. конф., Киев, 23-25 мая 2012). Альгология, Suppl.: 47. Дідух Я.П. 2012. Сучасні уявлення про еконішу і підходи до її оцінки. Наукові записки НаУКМА. Біологія та екологія 132: 41–48. Криштофович А.Н., Прошкина-Лавренко А.И. (ред.) 1950. Диатомовый анализ. Книга III: 1–401. Гос. изд-во геол. лит-ры, Ленинград Топачевський О.В., Оксіюк О.П. 1960. Діатомові водорості – Bacillariophyta (Diatomeae). У кн.: Топачевський О.В. (ред.), Визначник прісноводних водоростей Української РСР. Т. 11: 1–411. Вид-во АН Української РСР, Київ.

239

Шеляг-Сосонко Ю.Р. 2007. Біорізноманітність: парадигма та визначення. Укр. ботан. журн. 64 (6): 777–796. Bukhtiyarova L.N. 2009. Frustule functions and functional morphology of Bacillariophyta. Альгология 19 (3): 321–331. Bukhtiyarova L.N., Stanislavskaya E.V. 2013. Psammothidium vernadskyi sp. nov. (Bacillariophyta) from the Blue Lake, East Siberia, Russia. Альгология 23 (1): 96–107. Melbourne Code 2012. International Code of Nomenclature for algae, fungi, and plants. Koeltz Scientific Books, Koenigstein. Reichardt E. 1999. Zur Revision der Gattung Gomphonema. Iconogr. Diatomol. 8: 1–203. A.R.G. Gantner Verlag K.G., Rugell. Reichardt E. 2001. Revision der Arten um Gomphonema truncatum und G. capitatum. In: Jahn R., Kociolek J.P, Witkowski A., Compère P. (eds), Studies on diatoms: 187–224. Koeltz Scientific Books, Koenigstein. Reichardt E. 2009. New and recently described Gomphonema species (Bacillariophyceae) from Siberia. Fottea 9 (2): 289–297. Tremarin P.I., Ludwig T.A.V., Bertolli L.M., Faria D.M., Costin J.C. 2009. Gomphonema Ehrenberg e Gomphosphenia Lange-Bertalot (Bacillariophyceae) do Rio Maurício, Paraná, Brasil. Biota Neotrop. 9 (4): 111–130.

MORPHOLOGY OF NEW FOR UKRANE BACILLARIOPHYTA FROM THE HYDROTOPES OF RIGHTBANK FOREST-STEEPE. II. SPECIES OF GOMPHONEMA EHRENB. Lyudmila N. Bukhtiyarova Abstract. Two species Gomphonema laticollum Reichardt and Gomphonema bukycanyona sp. nov. are recorded for the first time from the hydrotopes of Ukraine. Their morphology using CM and SEM microphotos and geographic distribution are described. New terminology is suggested for the poles of the heteropolar frustule. Depending on the pole contour valve head and foot or head pole and foot pole are used to date. However, many species of Gomphonema Ehrenb. do not have a wide round pole that resembles a head, instead they may have the same contour on both poles. According of every pole functions an attaching valve pole is a pole with pore fields or other structures that attach individual to substratum. A free valve pole is relatively freely located in a space pole. The function of free pole consists in expansion of individual contact space – a part of the environment where an individual may interact directly with its physical body and its biospace (=биополе in Rus.). Within an individual contact space physical, maximum energy and informative interaction, high interchange of substances are accomplished between individual and environment. This ecosystem parameter is a part of individual biosphere and impacts directly on the formation of a species econiche. Proposed terms concern functional morphology of

240

Modern Phytomorphology 3 (2013)

the genera with heteropolar frustule as Gomphonema, Didymosphenia M. Schmidt, Meridion Agardh, Licmophora Agardh and other. Species typification of Bacillariophyta is discussed. Key words: Gomphonema, new species, functional morphology, new terms, attaching valve pole, free valve pole, individual contact space, individual biosphere, species econiche, species typification M.G. Kholodny Institute of Botany, National Academy of Sciences of Ukraine, 2 Tereschenkivska str., 01601, Kyiv-GSP-601, Ukraine; L.Bukhtiyarova@gmail.com

Modern Phytomorphology 3: 241–244, 2013

УДК 582.579.2:581.46

МОРФОЛОГІЯ ТА ВАСКУЛЯРНА АНАТОМІЯ ГІНЕЦЕЯ GLADIOLUS ×HYBRIDUS C. MORREN HORT. (IRIDACEAE JUSS.) Христина І. Скрипець та Анастасія В. Одінцова * Анотація. Гінецей Gladiolus ×hybridus евсинкарпний, з синасцидіатною, симплікатною, гемісимплікатною та асимплікатною структурними зонами. Насінні зачатки розміщені у симплікатній та гемісимплікатній зонах, стовпчик і приймочка сформовані асимплікатною зоною. Септальний нектарник розміщений у верхній частині симплікатної та у гемісимплікатній зонах. Слід плодолистка трипучковий. Дорзальні пучки плодолистків інтегровані зі стовбуровими пучками оцвітини й андроцею. Ключові слова: Gladiolus ×hybridus, гінецей, морфологія, васкулярна анатомія Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Грушевського, 4, Львів, 79005, Україна; * amorpha@ukr.net

Вступ Родина Iridaceae налічує 78 родів та близько 1800 видів рослин, більшість з яких формує дві монофілетичні підродини Ixioideae та Iridoideae (Takhtajan 2009). Для першої з них (найбільші роди: Gladiolus, Romulea, Geissorhiza, Crocus) характерна наявність септальних нектарників в основі стовпчика, а для другої (найбільші роди: Iris, Moraea, Sisyrhinchium) – наявність перигональних нектарників або елайофорів і відсутність септальних нектарників (Goldblatt et al. 1998). У представників обидвох підродин наявний спільний план будови квітки (Рис. 1 Л) (Eichler 1875) та спільні риси будови провідної системи квітки (Van Tieghem 1875), але невідомо, чи наявність або відсутність септального нектарники пов’язана з відмінностями у структурній зональності гінецея, чи відмінності полягають лише у характері епідермальних клітин бічних поверхонь плодолистків (залозисті або незалозисті). Метою нашого дослідження було вивчення морфології та васкулатури гінецея модельного представника підродини Ixioideae – Gladiolus ×hybridus C. Morren hort. для © The Author(s), 2013

подальшого використання даних у порівнянні з представниками підродини Iridoideae. Матеріали і методи досліджень Квітки G. ×hybridus збирали на стадіях бутону перед розкриванням і цвітіння та фіксували у 70% етанолі. Препарати поперечних зрізів квітки завтовшки 20 мкм виготовляли згідно стандартної методики (Барыкина и др. 2004), зрізи фарбували гематоксиліном за Майєром та сафраніном. Будову квітки вивчали за допомогою оптичного мікроскопа марки Биолам Ломо та бінокуляру марки МБС-10. Рисунки зрізів виготовляли з використанням мікрофотографій, отриманих за допомогою фотокамери марки Canon Ixus 9515. Висоту зон гінецея обраховували за кількістю поперечних зрізів, враховуючи їх товщину. Результати та їх обговорення Мікроморфологію гінецея досліджували у розкритій квітці, довжиною 9,5 см. Нижня зав’язь в обрисах циліндрична, на зрізі округло шестикутна, довжиною близько 7 мм, в діаметрі до 4 мм. На радіусах перегородок

242 в стінці зав’язі та на радіусах гнізд помітні неглибокі борозенки. Довжина стовпчика близько 7 см, діаметр стовпчика 1,8 мм. Лопаті приймочки лінійні, довжиною близько 6 мм. В основі зав’язь тригніздна, з масивною центральною колонкою та перегородками. Гнізда зав’язі овальні або вузько овальні, витягнуті у тангентальній площині (Рис. 1 Б). Ця зона займає близько 1600 мкм, вона є стерильна і відповідає синасцидіатній структурній зоні за В. Ляйнфельнером (Leinfellner 1950). Вище, у стінці гнізд зав’язі з’являються вентральні щілини між краями плодолистків, які поглиблюються ззовні до центру квітки, де епідерміси країв всіх плодолистків об’єднуються. Це – симплікатна зона гінецея (Leinfellner 1950), вона займає близько 3000 мкм, від її основи з’являються плаценти з насінними зачатками, розміщеними у двох рядах. У верхній частині симплікатної зони в перегородках зав’язі з’являються порожнини септальних нектарників у вигляді вузьких щілин, стінки яких конгенітально замкнуті ззовні і зсередини (Рис. 1 В, Г). Вище, щілини септальних нектарників розкриваються до центру зав’язі, але епідерміси залишаються постгенітально зімкнуті. Така структура зав’язі зберігається ще близько 3000 мкм і відповідає гемісимплікатній структурній зоні за В. Ляйнфельнером (Leinfellner 1950) (Рис. 1 Д-З). В нижній половині цієї зони розміщені дворядні плаценти (Рис. 1 Д, Е), вище – вона стерильна (Рис. 1 Ж, З). Тут нектарні щілини видовжуються, а гнізда зав’язі витягуються у радіальному напрямку. У місці переходу зав’язі у стовпчик гнізда зав’язі поступово звужується в канали стовпчика, а нектарні щілини звужуються у вивідні канали нектарників, стінка яких вистелена несекреторним епідермісом (Рис. 1 З). Вивідні канали нектарників відкриваються назовні при основі стовпчика (Рис. 1 І). Від цього рівня і вище структура гінецея відповідає асимплікатній структурній зоні за В. Ляйнфельнером (Leinfellner 1950), в якій плодолистки постгенітально злилися. Загальна висота септальних нектарників

Modern Phytomorphology 3 (2013) становить близько 3240 мкм, що становить майже половину висоти гнізд зав’язі. Провідна система квітколожа організована як атактостела з великого числа провідних пучків (Рис. 1 А). Від них в основі зав’язі назовні відхиляються стовбурові пучки оцвітини та андроцею, а решта провідних пучків входить в центральну колонку зав’язі (Рис. 1 А, Б). Стовбурові пучки зовнішніх листочків оцвітини відходять нижче, ніж об’єднаний пучок сліду тичинки і дорзальний пучок плодолистка, вздовж зав’язі слід зовнішнього листочка оцвітини може неодноразово зливатися з об’єднаним пучком. Стовбурові пучки внутрішніх листочків оцвітини проходять вздовж нижньої зав’язі в незмінному вигляді, а в її верхній частині розділяються у тангентальній площині на невелику центральну та дві латеральні гілки (Рис. 1 Ж). На тому ж рівні стовбурові пучки зовнішніх листочків оцвітини відокремлюються від сліду тичинки і від дорзального пучка плодолистка. В основі квіткової трубки від всіх трьох гілок слідів внутрішніх листочків оцвітини відходять до центру дрібні сліпі пучки (Рис. 1 К). Атактостела центральної колонки зав’язі організується у три групи пучків на радіусах перегородок зав’язі. Кожна група поступово конденсується в подвійний тяж провідних тканин з багатьма групами трахеальних елементів – вентральну жилку (Рис. 1 Б, В). Вище, вентральні жилки розділяються на два вентральних пучка плодолистка, які у верхній частині зав’язі об’єднуються з дорзальним пучком, відхиляючись назовні (Рис. 1 Ж). На цьому рівні від вентральних пучків відходять дрібні горизонтальні відгалуження до нектарних щілин. У стовпчику від дорзальних пучків формуються дрібні відгалуження (Рис. 1 К). Таким чином, кожен плодолисток містить три пучка – дорзальний і два вентральних. Висновки Гінецей G. ×hybridus ми визначаємо як евсинкарпний за В. Ляйнфельнером

Скрипець Х.І., Одінцова А.В. Морфологія і васкулатура гінецея Gladiolus ×hybridus

243

Рис. 1. Серія поперечних зрізів через нижню зав’язь Gladiolus ×hybridus (А-К) та діаграма квітки Iridaceae (Л): вж – вентральна жилка; вк – вивідний канал септального нектарника; впп – вентральний пучок плодолистка; гз – гніздо зав’язі; дпп – дорзальний пучок плодолистка; кт – квіткова трубка; сло – слід листочка оцвітини; слп – сліпий пучок; сн – септальний нектарник; снз – слід насінного зачатка; спо – стовбуровий пучок оцвітини; ст – стовпчик; стч – слід тичинки. Fig. 1. Series of transverse sections of the inferior ovary of Gladiolus ×hybridus (А-K) and floral diagram of Iridaceae (Л): вж – ventral rib; вк – conducting channel of septal nectary; впп – ventral carpellary bundle; гз – locule; дпп – dorsal carpellary bundle; кт – floral tube; сло – tepal trace; слп – blind bundle; сн – septal nectary; снз – ovule trace; спо – perianth trunk; ст – style; стч – stamen trace.

(Leinfellner 1950), з синасцидіатною, симплікатною, гемісимплікатною та асимплікатною структурними зонами та септальними нектарниками, розміщеними у верхній частині симплікатної та в гемісимплікатній зонах. Насінні зачатки

розміщені від основи симплікатної та в нижній частині гемісимплікатної зони, стовпчик і приймочка сформовані асимплікатною зоною. У провідній системі квітки наявна інтеграція дорзальних пучків плодолистків із стовбуровими пучками

244

Modern Phytomorphology 3 (2013)

оцвітини й андроцею. В цілому, провідна система гінецея G. ×hybridus у багатьох рисах подібна на провідну систему гінецея в інших досліджених видів родини Iridaceae (Van Tieghem 1875). Використані джерела Барыкина Р.П., Веселова Т.Д., Девятов, А.Г., Джалилова Х.Х., Ильина Г.М., Чубатова Н.В. 2004. Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы. Изд-во Моск. ун-та, Москва.

Goldblatt P., Manning J.C., Rudall P. 1998. Iridaceae. In: Kubitzki K. et al. (ed.), The families and genera of vascular plants. III. Flowering plants: Monocotyledons: Lilianae (except Orchidaceae): 295–333. Springer. Eichler A. W. 1875. Blütendiagrame. T. 1. Engelmann, Leipzig. Leinfellner W. 1950. Der Bauplan des synkarpen Gynözeums. Österr. Bot. Zeitschr. 97: 403–436. Takhtajan A. 2009. Flowering Plants. 2nd ed. Springer. Van Tieghem P. 1875. Recherches sur la structure du pistil et sur l’anatomie comparée de la fleur. Mém. Prés. Divers Savants Acad. Sci. Inst. Impérial France. Sér. 2 21: 1–261.

GYNOECIUM MORPHOLOGY AND VASCULAR ANATOMY IN GLADIOLUS ×HYBRIDUS C. MORREN HORT. (IRIDACEAE JUSS.) Christyna I. Skrypec & Аnastasiya V. Odintsova * Abstract. Gynoecium of Gladiolus ×hybridus C. Morren hort. is eusyncarpous, with synascidiate, symlicate, hemisymlicate and asymplicate vertical zones. Ovules lie in the symlicate and hemisymlicate zones, style and stigma composed of asymplicate zone. Septal nectary is placed in the upper part of symlicate zone and in the hemisymlicate zone. Carpel trace is three-bundled. Dorsal carpel bundles are integrated with the vascular strands of perianth and androecium. Key words: Gladiolus ×hybridus, gynoecium, morphology, septal nectaries, vasculature Ivan Franko National University of Lviv, 4 Grushevskogo str., Lviv, 79005, Ukrainе; * amorpha@ukr.net

Modern Phytomorphology 3: 245–248, 2013

УДК 582.52.581.461

МІКРОМОРФОЛОГІЯ ТА ВАСКУЛАТУРА ГІНЕЦЕЯ SANSEVIERIA HYACINTHOIDES (L.) DRUCE (ASPARAGACEAE JUSS.) Оксана С. Фіщук 1 та Анастасія В. Одінцова 2 Анотація. У гінецеї Sansevieria hyacinthoides наявні синасцидіатна, гемісинасцидіатна, гемісимплікатна та асимплікатна вертикальні зони. Насінний зачаток розміщений медіанно в гемісинасцидіатій зоні. Слід плодолистка трипучковий. Висота септального нектарника вдвічі більша, ніж висота гнізд зав’язі за рахунок його продовження в основі та даху зав’язі. Септальний нектарник на різному рівні відповідає інфралокулярному, внутрішньому та зовнішньому типу, причому, в нижній частині порожнини нектарника не з’єднуються між собою епідермісами. Ключові слова: Sansevieria hyacinthoides, гінецей, морфологія, септальний нектарник, васкулатура 1 2

Східноєвропейський національний університет імені Лесі Українки, пр. Волі, 13, 43025, Луцьк, Україна; dracaenaok@ukr.net Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Грушевського 4, 79005, Львів, Україна; amorpha@ukr.net

Вступ Гінецей у представників роду Sansevieria Thunb. характеризується типовим для однодольних рослин планом будови: в ньому наявні три зрослих плодолистка, септальні нектарники та один насінний зачаток в кожному гнізді зав’язі (Иванина 1982; Boss 1998). Універсальна загально-морфологічна будова гінецея є малоінформативним джерелом даних для систематики родини Asparagaceae, в яку, на підставі молекулярних даних, об’єднали представників багатьох дрібних родин, в тому числі родину Dracaenaceae з родами Sansevieria і Dracaena Vand. ex L. (Kim et al. 2010). Мета нашого дослідження полягала у вивченні мікроморфології та васкулатури гінецея Sansevieria hyacinthoides (L.) Druce. як нових додаткових джерел філогенетичної інформації. Матеріали і методи досліджень Квітки S. hyacinthoides збирали в ботанічному саду імені академіка О.В. Фоміна © The Author(s), 2013

Київського національного університету імені Тараса Шевченка та фіксували у 70 % етанолі. Для дослідження структури гінецея виготовляли постійні мікроскопічні препарати квітки завтовшки 20 мкм згідно стандартної методики (Барыкина и др. 2004), зрізи фарбували барвниками астраблау та сафраніном. Використовували оптичний мікроскоп марки Laboval 4 фірми Carl Zeiss ( Jena) та бінокуляр марки МБС-10. Рисунки зрізів виготовляли з використанням мікрофотографій, отриманих за допомогою фотокамери марки Canon 1000 D. Висоту зон гінецея обраховували за кількістю поперечних зрізів, які займає ця зона. Внутрішню структуру гінецея аналізували згідно концепції вертикальної зональності гінецея В. Ляйнфельнера (Leinfellner 1950). Результати та їх обговорення Зав’язь S. hyacinthoides верхня, 1,7 мм у діаметрі, до 4 мм висотою, стовпчик термінальний (Рис. 1), звивистий і зігнутий, довжиною до 51 мм, приймочка трилопатева,

246

Modern Phytomorphology 3 (2013)

1 мм Рис. 1. Поздовжній зріз гінецея Sansevieria hyacinthoides: дз – дах зав’язі; кс – канал стовпчика; нз – насінний зачаток; оз – основа зав’язі. Fig. 1. Longitudinal section through the Sansevieria hyacinthoides gynoecium: дз – ovary roof; кс – style channel; нз – ovule; оз – ovary base.

з півкруглими лопатями (Рис. 2 К). На поперечних зрізах зав’язі від основи помітні поздовжні септальні борозенки (Рис. 2 А-Е). Основа зав’язі не містить порожнин (Рис. 1), вище з’являються порожнини септальних нектарників, які обмежені ззовні і зсередини конгенітально об’єднаними поверхнями плодолистків (Рис. 2 А). Ще вище вертикальна структура зав’язі змінюється наступним чином: з’являються три окремі гнізда зав’язі (Рис. 2 Б); три порожнини септальних нектарників з’єднуються між собою трипроменевою щілиною із двох рядів епідермальних тканин, які щільно зімкнуті між собою; на цьому ж рівні розміщена основа фунікулюса насінного зачатку (Рис. 2 В); вище з’являються вентральні щілини між краями плодолистка, що об’єднують гнізда всіх плодолистків (Рис. 2 Г). Насінний зачаток розміщується в медіанному положенні, з

мікропіле, обернутим донизу (Рис. 1). Ще вище гнізда зав’язі поступово звужуються у вузькі канали стовпчика (Рис. 2 Ж). Септальні нектарники в даху зав’язі об’єднуються з септальними борозенками, формуючи залозисті нектарні щілини, які слугують вивідним отвором нектарника (Рис. 2 Ж). Вище епідерміси нектарної щілини поступово втрачають секреторний характер і злипаються постгенітально (Рис. 2 З). У зав’язь S. hyacinthoides входять три дорзальні та шість вентральних пучків плодолистків (Рис. 2 Б). В насінний зачаток входить один провідний пучок, який виникає при злитті двох відгалужень від обох вентральних пучків (Рис. 2 В). Вище формування сліду насінного зачатку вентральні пучки відхиляються назовні і з’єднуються над гніздами зав’язі з дорзальним пучком (Рис. 2 Д), який продовжується до верхівки стовпчика (Рис. 2 Е-І). Гінецей S. hyacinthoides ми визначаємо як гемісинкарпний в сенсі В. Ляйнфельнера (Leinfellner 1950), з синасцидіатною, фертильною гемісинасцидіатною, а також гемісимплікатною (верхня чверть гнізд та дах зав’язі) та асимплікатною (стовпчик та приймочка) структурними зонами. Особливостями гінецея S. hyacinthoides є наступні ознаки: наявність синасцидіатної зони, яка характерна для евсинкарпного типу гінецея, наявність медіанних насінних зачатків, що живляться від обох вентральних пучків плодолистка, та дуже потужні паренхімні основа та дах зав’язі (Рис. 1). Плодолистки у зав’язі злиті між собою переважно конгенітально, але провідна система плодолистків незалежна. Септальний нектарник S. hyacinthoides розміщений на рівні всіх зон гінецея, а також під гніздами зав’язі та в її даху. Загальна висота септального нектарника в два рази більша, ніж середня висота гнізд зав’язі і включає висоту внутрішнього септального нектарника в сенсі Е. Даумана (Daumann 1970), а також висоту нектарної щілини (зовнішнього нектарника в сенсі Е. Даумана). Структура септального нектарника на різних рівнях зав’язі відповідає різним типам: інфралокулярний в основі,

Фіщук О.С., Одінцова А.В. Морфологія і васкулатура гінецея Sansevieria hyacinthoides

247

1 мм

Рис. 2. Серія (А-К) поперечних зрізів гінецея Sansevieria hyacinthoides: впп – вентральний пучок плодолистка; гз – гніздо зав’язі; дпп – дорзальний пучок плодолистка; кс – канал стовпчика; нз – насінний зачаток; нщ – нектарна щілина; сн – септальний нектарник. Fig. 2. Gynoecium transverse sections (А-К) іn Sansevieria hyacinthoides: впп – ventral carpellary bundle; гз – locule; дпп – dorsal carpellary bundle; кс – style channel; нз – ovule; нщ – nectary groove; сн – septal nectary.

внутрішній в середній та зовнішній у верхній частині. Висновки Дослідження внутрішньої морфологічної структури та васкулатури гінецея S. hyacinthoides дозволило виявити низку нових ознак, які можна використовувати у порівняльно-морфологічному аналізі квітки в родині Asparagaceae, що підтверджує перспективність застосування концепції вертикальної зональності до аналізу гінецея з септальними нектарниками. Використані джерела Барыкина Р.П., Веселова Т.Д., Девятов, А.Г. и др. 2004. Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы. Изд-во Моск. ун-та, Москва.

Иванина Л.И. 1982. Семейство драценовые (Dracaenaсеае). В кн.: Тахтаджян А.Л. (ред.), Жизнь растений. Т. 6. Цветковые растения: 169– 177. Просвещение, Москва. Boss J.J. 1998. Dracaenaceae In: Kubitzki K. et al. (ed.), The families and genera of vascular plants. III. Flowering plants: Monocotyledons: Lilianae (except Orchidaceae): 238–241. Springer. Daumann E. 1970. Das Blütennektarium der Monocotyledonen unter besonderer Berücksichtigung seiner systematischen und phylogenetischen Bedeutung. Feddes Repert. 80: 463–590. Kim J.H., Kim D.K., Fores T.F., Fay M.F., Chase M.W. 2010. Molecular phylogenetics of Ruscaceae sensu lato and related families (Asparagales) based on plastid and nuclear DNA sequences. Ann. Bot. 106: 775–780. Leinfellner W. 1950. Der Bauplan des synkarpen Gynözeums. Österr. Bot. Zeitschr. 97: 403–436.

248

Modern Phytomorphology 3 (2013) GYNOECIUM MICROMORPHOLOGY AND VASCULATURE ІN SANSEVIERIA HYACINTHOIDES (L.) DRUCE (ASPARAGACEAE JUSS.) Oksana S. Fishchuk 1 & А. V. Odintsova 2

Abstract. In the gynoecium of Sansevieria hyacinthoides synascidiate, hemisynascidiate, hemisymlicate and asymplicate vertical zones are available. Ovule lies medially in the hemisynascidiate zone. Carpel trace is three-bundled. Septal nectary height is twice as locule height due to the extension of the nectary in the ovary base and roof. Septal nectaries at the various levels correspond to infralocular, internal and external types. Peculiarly, that nectary splits in its bases are not connected by epidermal cells. Key words: Sansevieria hyacinthoides, gynoecium, morphology, septal nectaries, vasculature 1 2

Lesya Ukrainka East European National University, 13 Pr. Voli, Lutsk, 4300, Ukraine; dracaenaok@ukr.net Ivan Franko National University of Lviv, 4 Grushevskogo str., Lviv, 79005, Ukrainе; amorpha@ukr.net

Modern Phytomorphology 3: 249–254, 2013

УДК 581.471 : 581.84 : 581.134.3

МОРФОЛОГІЯ НАСІНИН ВИДІВ СЕКЦІЇ EDENTULAE BENTH. РОДУ PEDICULARIS L. (OROBANCHACEAE VENT.) СХІДНОЇ ЄВРОПИ. Олена М. Перегрим 1* та Оксана А. Футорна 1,2 ** Анотація. Досліджено ультраструктура п’яти видів секції Edentulae Benth. роду Pedicularis L. флори Східної Європи. Наведено описи ультраструктури насінини цих видів. У результаті аналізу ультраструктури поверхні насінин, встановлено, що види з секції Edentulae флори Східної Європи гетероморфні за морфологічними особливостями насінин. Ознаки ультраструктури насінин можна використовувати, як додаткові діагностичні на рівні виду. Ключові слова: Pedicularis, секція Edentulae, ультраструктура поверхні насінин, СЕМ дослідження, Східна Європа 1 Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України, вул. Терещенквіська, 2, м. Київ, 01601, Україна; * peregrym_e@mail.ru 2 Ботанічний сад ім. акад. О.В. Фоміна ННЦ «Інститут біології» Київського національного університету імені Тараса Шевченко вул. С. Петлюри 1, м. Киев, Україна; ** oksana_drofa@yahoo.com

Вступ Pedicularis L. є критичним та складним у систематичному відношенні родом родини Orobanchaceae Vent. На сьогодні єдиного погляду на систему роду не існує, тому питання побудови системи залишається дискусійним. Рід Pedicularis у світовій флорі нараховує від 600 до 800 видів, що ростуть переважно у позатропічних областях північного півкулі, від Арктики до Гімалаїв, незначна кількість видів – у південній півкулі: в Андах, від Колумбії до Еквадору (Иванинова 1981; Ree 2005; Wang et al. 2003). Л.І. Іванінова (Иванина 1981) у «Флоре европейской части СССР» до секції Edentulae Benth. відносить п’ять видів (P. dasyantha Hadač, P. exaltata Besser, P. hacquetii Graf, P. hirsuta L., P. oederi Vahl) . Ці види об’єднані у секцію за ознаками будови квітки та кореня. Рослини цих видів мають шолом віночка без носика та зубців, що по краю голий, нижня губа не паралельна шолому, зів віночка більш менш відкритий. Корінь стрижневий, © The Author(s), 2013

потовщений, багаторічний. У сучасній систематиці для розмежування таксонів різного рангу все частіше використовують ознаки будови насінин. Ознаки насіннєвої шкірки стабільні та консервативні, майже не піддаються впливу факторів навколишнього середовища, що надає їм високого таксономічного значення (Chuang & Heckard 1972; Whiffin & Tomb 1972; Barthlott 1981; Yildiz & Cirpici 1998; Yildiz 2002; Chen et al. 2007). Ряд дослідників вивчали будову насінин роду Pedicularis з метою встановлення споріднених зв’язків між таксонами у межах родини Scrophulariaceae s.l. Так, Boesewinkel & Bouman (1984) досліджуючи морфологію насінин представників родини Scrophulariaceae, а саме розмір, колір та тип ультраструктури рельєфу насінин. До обраних ними об’єктів входив один вид з роду Pedicularis (P. zeylanica Benth.). У 1986 році Т.М. Беляєвою (Беляева 1986) було проведено комплексне

250

Modern Phytomorphology 3 (2013)

дослідження представників роду Pedicularis, що ростуть у горах Південного Сибіру. Вивчаючи особливості морфологічної будови насінин та плодів представників даного роду, дослідником було встановлено, що стійкими видовими ознаками цих видів є скульптура насінин, наявність крилоподібних виростів або придатків та, у меншій мірі, форма та колір насінин. Juan et al. (1996) дослідили морфологію плодів, насінин та пилкових зерен P. sylvatica L. subsp. lusitanica (Hoffmanns. & Link) Cout. у флорі Південно-Західної Іспанії. У 2007 році досліджено будову насінин 19 видів роду Pedicularis флори Китаю (Chen et al. 2007). За формою насінин, їх довжиною та шириною, ультраструктурою та низкою інших ознак було виділено чотири морфотипи насінин: сітчастий, сітчасто-мембранний, губчасто-сітчастий, борозчастий тип. Серед досліджених видів, був лише вид P. oederi, який входить до складу секції Edentulae Східної Європи. Автори вважають, що поверхня насінини у P. oederi належить до сітчастого типу. Таким чином, у результаті аналізу літературних даних встановлено, що інформація щодо морфології насінин видів роду Pedicularis секції Edentulae флори Східної Європи практично відсутня, є лише короткі відомості щодо особливостей морфології насінин P. oederi. Отже, з метою виявлення видової специфіки та встановлення діагностичної значущості ознак насінин, ми дослідили мікроморфологічну будову насінин видів секцій Edentulae роду Pedicularis флори Східної Європи. Матеріали і методи досліджень

досліджували використовуючи електронний скануючий мікроскоп ( JSM-6060LA). Матеріал попередньо фіксували на латунних столиках і напилювали тонким шаром золота у вакуумній камері. Досліджено насінини п’яти видів (10 зразків), що належать до секції Edentulae роду Pedicularis флори Східної Європи – P. oederi, P. hirsuta, P. hacquetii, P. exaltata та P. dasyantha. Фактичний матеріал викладається за системою, прийнятою Л.І. Іваніною у «Флоре европейской части СССР» (Иванинова 1981). Насінини описували, використовуючи загальноприйняту термінологію (Артюшенко 1990; Stern 1992). Із зовнішніх ознак насінин найбільш важливі – форма, розмір, характер поверхні насінної шкірки, розміщення рубчика, наявність специфічних структур, що сприяють поширенню (Эзау 1980; Evert 2007). Вслід за Barthlott (1981) ми розрізняємо первинну і вторинну скульптури насінної шкірки. Первинна структура визначається: 1) загальними обрисами клітин в парадермальній площині (ізодіаметричні або витягнуті); 2) формою зовнішньої периклінальної стінки (випукла, ввігнута, пласка); 3) формою антиклінальних стінок (прямі, звивисті, потовщені, не потовщені); 4) обрисами клітинних меж, видимих на поверхні. Вторинна структура визначається головним чином морфологічними особливостями кутикули (Barthlott 1981; Гончарова 2006). Слідуючи загальноприйнятій в ботаніці термінології (Артюшенко 1990; Stern 1992) у клітин видовженої форми, антиклінальні стінки, максимально віддалені від центра клітини, ми називаємо дистальні, а приближені до центру клітини і перпендикулярні дистальним – проксимальні.

Матеріал для дослідження відібрано з гербарних зразків, що зберігаються у гербарії Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України (KW) та Ботанічного Інституту ім. В.Л. Комарова РАН (LW). Мікроморфологічні ознаки у тому числі ультраструктуру поверхні насінин

Список досліджених зразків: P. oederi: 1. Польща, Татранський національний парк. 13.08.1999. Я.П. Дідух (KW); 2. Switzerland, Faulhorn, Patrick Kuss; P. hirsuta: 1. Norway, Svalbard Archipeago, Patrick Kuss; 2. Архангельская обл., Пай-Хайб гора Хунт-Пэ, восточный склон, пятнистая

Перегрим О.М., Футорна О.А. Морфологія насінин Pedicularis sect. Edentulae кустарниковая тундра на склоне песчаного бугра. 06.08.1965 Ребристая, Токаревский (LE); P. dasyantha: 1. Nowaja Semlja, Archangel prov., глинистая тундра, 08.07.1904 Matotscki Scharr (LE); 2. Полярний Урал, Нядомбой-из. Железная дорога остановка 110-й км. На вершине горы, южная сторона среди скал. 22.07.1963 К.Н. Игошина (LE); P. exaltata: 1. Україна, Чернівецька область, Сторожинський район, окол. с. Спаська, лука 22.06.2011 М. Бурлака; P. hacquetii: 1. Україна, Закарпатська обл., Яснинецький р-н, склон г. Близниця, під вершиною,1800 м н.р.м. 28.06.1950 Н. Косец (KW); 2. Україна, ІваноФранківська обл., між с. Ворохта та г. Говерла, 10 км, у р. Прут, заболочене родниками, болото, на 1250 м н.р.м 17.07.1957 М.Котов, Т. Омельчук (KW); 3. Україна, сектор Рахів, Свідовець, г. Близниця 23.07.1946 Хржановский, Попов (KW). Результати та їх обговорення Нижче наведено характеристику насінин досліджених видів роду Pedicularis секції Edentulae. 1. P. oederi Vahl (Рис. 1 A, B). Насінини ланцетоподібні або видовженояйцеподібні, з помітно звуженим халазальним, на якому формується придаток у вигляді «носика» та заокругленим мікропілярним кінцем. Рубчик лінійної форми. Рафе добре виражений, має вигляд тонкого гребня, що тягнеться вздовж насінини до халазального кінця. Рельеф (загальний вигляд насіннєвої шкірки) східчастий. Форма клітин спермодерми кутова, прямокутна. Дистальні та проксимальні антиклінальні стінки клітин мають різну товщину: дистальні антиклінальні стінки – товсті, проксимальні – не потовщені. Так як антиклінальні стінки мають різну товщину, то поверхня насінин здається ребристою. Невисокі ребра розміщуються рівними рядами від халазального до мікропілярного кінця насінини. Периклінальні стінки клітин пласкі, текстура гранулярна.

251

2. P. hirsuta L. (Рис. 1 C, D). Насінини ланцетоподібні або видовженояйцеподібні, з помітно звуженим халазальним, на якому формується придаток, у вигляді «носика» та заокругленим мікропілярним кінцем. Рубчик лінійної форми. Рафе виражений, має вигляд тонкого гребня, що тягнеться вздовж насінини до халазального кінця. Рельєф насінин сітчастий. Форма клітин спермодерми кутна (4, 5-кутні), переважно прямокутна. Проксимальні антиклінальні стінки клітин потовщені, інколи тонкі, прямі, дистальні – потовщені, інколи товщі за проксимальні, прямі. Периклінальні стінки клітин пласкі, їх текстура гранулярна. 3. P. dasyantha Hadač (Рис. 1 E, F). Насінини неправильної форми, шароподібні, крилаті, з заокругленим мікропілярним та халазальним кінцем. Рубчик лінійний. Рафе слабо виражений, практично непомітний. Екзотеста більша за розміром від інших шарів. Клітини екзотести кутові (4-5-кутні). Рельєф насіннєвої шкірки сітчасто-комірчастий. Дистальні та проксимальні антиклінальні стінки клітин мають однакову товщину, прямі. Периклінальні стінки увігнуті, текстура струменево-зморшкувата. 4. P. exaltata Besser (Рис. 2 A, B). Насінини обернено яйцеподібної або веретеноподібної форми. Всі досліджені насінини заокруглені з мікропілярного кінця, та дещо витягнуті з халазального. Рубчик лінійної форми. Рафе невиразний. Рельєф поверхні насінин сітчасто-комірчастий. Клітини спермодерми п’яти-, чотирикутні. Антиклінальні стінки клітин товсті, рівномірно потовщені, прямі. Периклінальні стінки клітин увігнуті, їх текстура гранулярна. 5. P. hacquetii Graf (Рис. 2 C, D). Насінини за формою веретеноподібні та яйцеподібні, з заокругленим мікропілярним та звуженим халазальним кінцем. Рубчик лінійної форми. Рафе у більшої частини насінин невиразний, лише у деяких має вигляд гребеня. Рельєф поверхні насінин

252

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Рис. 1. Насінини Pedicularis oederi (A – загальний вигляд, B – ультраструктура); P. hirsuta (C – загальний вигляд, D – ультраструктура) та P. dasyantha (E – загальний вигляд, F – ультраструктура). Fig. 1. Seeds of Pedicularis oederi (A – common view, B – ornamentation); P. hirsuta (C – common view, D – ornamentation) and P. dasyantha (E – common view, F – ornamentation).

сітчастий. Клітини спермодерми багатокутні: чотири-, п’яти-, шестикутні. Антиклінальні стінки клітин насіннєвої шкірки чітко проглядаються, дещо звивисті, рівномірно потовщені. Периклінальні стінки пласкі, з гранулярною текстурою.

У результаті дослідження представників роду Pedicularis секції Edentulae флори Східної Європи встановлено, що види характеризуються яйцеподібною (P. oederi, P. hirsuta, P. exaltata), веретеноподібною (P. exaltata, P. hacquetii) та іноді

Перегрим О.М., Футорна О.А. Морфологія насінин Pedicularis sect. Edentulae A

253

Рис. 2. Насінини Pedicularis exaltata (A – загальний вигляд, B – ультраструктура) та P. hacquetii (C – загальний вигляд, D – ультраструктура). Fig. 2. Seeds of Pedicularis exaltata (A – common view, B – ornamentation) and P. hacquetii (C – common view, D – ornamentation).

ланцетоподібною (P. oederi) формою насінин. В усіх видів дослідженої секції рубчик насінини лінійної форми. Рафе більшості видів цієї секції невиражений, окрім P. oederi та P. hirsuta, у яких – чітко виражений. Досліджені види характеризуються східчастим (P. oederi), сітчасто-комірчастим (P. dasyantha, P. exaltata) та сітчастим (P. hacquetii, P. hirsuta) рельєфом насіннєвої шкірки. Форма клітин спермодерми насінин видів роду Pedicularis Східної Європи багатокутна (полігональна). Антиклінальні стінки клітин спермодерми у більшості досліджених видів прямі (P. exaltata, P. hirsuta, P. oederi) або дещо звивисті (P. dasyantha, P. hacquetii). Нерівномірно потовщені антиклінальні стінки у P. oederi: дистальні – товсті, проксимальні - не потовщені. Рівномірно потовщені антиклінальні стінки у

P. hacquetii, P. hirsuta, P. dasyantha, P. exaltata. Але інколи у P. hirsuta проксимальні антиклінальні стінки більш потовщені, за дистальні. Периклінальні стінки пласкі (P. oederi, P. hirsuta, P. hacquetii), увігнуті (P. dasyantha, P. exaltata). Текстура периклінальних стінок клітин насіннєвої шкірки у досліджених видів гранулярна (P. hacquetii, P. hirsuta, P. exaltata, P. oederi) та струменево-зморшкувата (P. dasyantha). Висновки Отже, в результаті дослідження ультраструктури поверхні насінин, встановлено, що секція Edentulae флори Східної Європи гетероморфна за морфологічними особливостями насінин, але ознаки ультраструктури насінин можна

254

Modern Phytomorphology 3 (2013)

використовувати як додаткові діагностичні на рівні виду. Використані джерела Артюшенко З.Т. 1990. Атлас по описательной морфологии высших растений. Семя. Наука, Ленинград. Беляева Т.Н. 1986. Род Pedicularis L. в горах Южной Сибири (систематика, география, биология): Автореф. дис. на соискание научн. степени канд. биол. наук: спец. 03.00.05. „Ботаника”. Томск. Гончарова С.Б. 2006. Очитковые (Sedoideae, Crassulaceae ) флоры Российского Дальнего Востока. Дальнаука, Владивосток. Иванина Л.И. 1981. Род Мытник – Pedicularis L. В кн.: Федоров А.А. (ред.), Флора Европейской части СССР. Т. 5: 288–300. Наука, Ленинград. Эзау К. 1980. Анатомия семенных растений. Мир, Москва. Barthlott W. 1981. Epidermal and seed surface characters of plants: systematic applicability and some evolutionary aspects. Nordic. J. Bot. 1 (3): 345–355. Boesewinkel F.D., Bouman F. 1984. The seed: structure. In: Johri B.M. (ed.), Embryology of Angiosperms: 567–610. Springer-Verlag, Berlin. Chen X.-L., Jing G.-H., Guo H. 2007. Ornamentation characteristics of seed coats in nineteen plants of Pedicularis from alpine meadow in east QinghaiXizang plateau and its ecological significance. Acta Prataculturae Sinica 16: 60–68.

Chuang T.-I., Heckard L.R. 1972. Seed coat morphology in Cordylanthus (Scrophularicaea) and its taxonomic significance. Am. J. Bot. 59 (2): 258–265. Evert R.F. 2007. Esau’s plant anatomy: meristems, cells, and tissues of plant body: their structure, function, and development. 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc., New Jersey. Juan R., Passtor J., Fernandez I. 1996. Estudio de frutos, semillas y morfología polínica de Pedicularis sylvatica L. subsp. lusitanica Hoffmanns. & Link) Cout. (Scrophulariaceae). Ann. Jard. Bot. Madrid. 54: 312– 318. Ree R.H. 2005. Phylogeny and evolution of the floral diversity in Pedicularis (Orobanchaceae). Int. J. Plant Sci. 166: 595–613. Stern W.T. 1992. Botanical Latin. Oxford, London. Wang H., Mill R.R., Blackmore S. 2003. Pollen morphology and infrageneric evolutionary relationships in some Chinese species of Pedicularis (Scrophulariaceae). Plant Syst. Evol. 237: 1–17. Whiffin T., Tomb S.A. 1972. The systematic significance of seed morphology in the Neotropical capsularfruited Melastomaceae. Am. J. Bot. 59 (4): 411–422. Yildiz K., Cirpici A. 1998. Seed morphological studied of Silene L. from Turkey. Pak. J. Bot. 30 (2): 173–188. Yildiz K. 2002. Seed morphology Caryophyllaceae species from Turkey (North Anatolia). Pak. J. Bot. 34 (2): 161–171.

SEED MORPHOLOGY OF SECTION EDENTULAE BENTH. OF THE GENUS PEDICULARIS L. (OROBANCHACEAE VENT.) IN THE EASTERN EUROPE Olena M. Peregrym 1* & Oksana A. Futorna 1,2 ** Abstract. The seeds ultrastructure of the five species of the section Edentulae Benth. of the Eastern Europe were studied using scanning electron microscopy. The seeds descriptions of surface of the species of this section were presented in this article. These species are heterogeneous by characteristics of seeds surface, which we consider as valuable addition features for identification within the section. Key words: Pedicularis, Edentulae, seed ultrastructure, SEM, Eastern Europe M.G. Kholodny Institute of Botany National Academy of Sciences of Ukraine, 2 Tereschenkivska str., 01001, Kyiv, Ukraine; * peregrym_e@mail.ru 2 O.V. Fomin Botanical Garden, Educational-Scientific Centre «Institute of Biology», National Taras Schevchenko University of Kyiv, Kyiv, 1 S. Petlyuri str., 01032, Kyiv, Ukraine; ** oksana_drofa@yahoo.com 1

Modern Phytomorphology 3: 255–257, 2013

УДК 581.9 (477)

РІД PEDICULARIS L. (OROBANCHACEAE) В УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТ: КЛЮЧ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ Катерина М. Данилюк Анотація. Розроблено ключ для визначення видів роду Pedicularis Українських Карпат з урахуванням виду Pedicularis exaltata. Ключові слова: Pedicularis, Українські Карпати, ключ для визначення Державний природознавчий музей НАН України, вул. Театральна, 18, м. Львів, 79008, Україна; echium@ukr.net

Рід Pedicularis L. нараховує близько 600 видів, серед яких багато ендеміків. Більшість представників роду трапляються у Північній півкулі, центр видового різноманіття роду – Гімалаї. Ці рослини ростуть переважно у горах та арктичних областях (Han-bi 1998). Ключ для визначення представників роду Pedicularis подано у «Визначнику рослин Українських Карпат» (Чопик 1977). Для досліджуваної території у цьому виданні наведено шість видів роду Pedicularis: P. hacquetii Graf, P. oederi Vahl, P. palustris L., P. sceptrum-carolinum L., P. sylvatica L. та P. verticillata L. Проте, слід зазначити, що з’явилися публікації, де для Буковинського Передкарпаття наводиться ще один вид – P. exaltata Besser. Саме тут знаходиться єдине достовірно відоме сучасне місцезростання даного виду в Україні (Чорней та ін. 2010). Отже, за літературними та гербарними даними (CHER, KRA, KRAM, KW, LW, LWS, LWKS, W), а також власними польовими спостереженнями ми встановили, що на сьогодні в Українських Карпатах росте сім видів роду Pedicularis. Як наслідок, виникла необхідність скласти ключ визначення видів цього роду для Українських Карпат, який включав би і P. exaltata. 1. Верхня губа він. витягнута на кінці у короткий дзьобик з 2 зубцями. Він. рожевий ... 2 – Верхня губа він. без дзьобика і без зубців ................................................................................... 3 © The Author(s), 2013

2. Чаш. 2-лопатева, коротша за трубочку він., чашолистки зубчасто надрізані. Нижня губа він. на краю дрібно війчаста, такої ж довжини, як верхня. Кв. в дуже розріджених суцв. Він. 18-22 мм довжиною. Верхня губа зверху плоска, лукоподібно зігнута з 2-ма маленькими щетинкоподібними зубчиками. Нитки двох довших тичинок бородаті. Чаш. під час плодоношення роздута, коротша за коробочку. Коробочка яйцеподібна, зверху косо зрізана. Ст. зазвичай одне, порожнисте, практично голе, прямостояче, галузисте, бічні ст. прямостоячі. Л. сидячі, ланцетні, перисторозсічені. 2-річник або багаторічник, 15-90 см завв. Цв. V–VII. ........................................ ........................ 1. Ш. болотяний – P. palustris L. На вогких луках, болотах, торфовищах. Зрідка трапляється у трьох районах: Прикарпаття, Східні Бескиди й низькі полонини, Ґорґани. – Чаш. 5-зубчаста, гола, краї зубчиків перисто надрізані. Нижня губа оцв. без війок, значно коротша за верхню, дуже відігнута. Він. 15-25 мм завд., рожевий. Верхня губа на верхівці різко лукоподібно зігнута, знизу з 2 малими, але виразними трикутними зубцями. Коробочка коротша за чаш. Суцв. досить розріджене, часто починається від основи пагона. Біля головного пагона зазвичай наявні численні бічні, нижні пагони можуть бути висхідними, усі пагони зазвичай з кв.,

256

Modern Phytomorphology 3 (2013)

2-річник або багаторічник, 5-20 см завв. Цв. V–VII. ................. 2. Ш. лісовий – P. sylvatica L. На болотах і вологих луках, трапляється досить часто у Прикарпатті, Східних Бескидах й низьких полонинах, Ґорґанах. 3. Л. супротивно або кільчасто розміщені (по 3-4 в кільці). Приквітки та кв. також кільчасто розміщені. Кв. на коротких квітконіжках, зібрані на верхівці стебла в кільця по 4, утворюють довге суцв. Він. насичено-пурпуровий, 14-20 мм завд., в 3 рази довший за чаш., його трубочка всередині коротковолосиста. Тичинкові нитки двох довших тичинок на верхівці з борідками. Пагін один або кілька, не галузистий, прямостоячий, л. майже сидячі або на коротких черешках, прикореневі – на довгих черешках, ланцетоподібні, перисторозсічені на яйцеподібні або яйцеподібноланцетоподібні, тупуваті, видовженонерівнозубчасті частки. Багаторічник, 5-15 (30) см завв. Цв. VI–VIII. ...................................... ................... 3. Ш. кільчастий – P. verticillata L. На гірських луках і скелях високогір’я Карпат. Досить часто трапляється у двох флористичних районах: Чорногора та Мармароські Альпи. –

Л. та кв. спірально розміщені ............ 4

4. Зубці чаш. цілокраї. Трубка він. у верхній частині більш-менш розширена, але не дзвоникоподібна ............................................. 5 – Чаш. з 5 широкими, яйцеподібними, нерівнозубчатими зубцями, гола. Трубка оцв. вгорі дзвоникоподібно розширена. Кв. розміщуються по 1 або по 3, формуючи видовжене суцв. Він. 30-40 мм завд., світложовтий; з ліловою на кінці нижньою губою. Ст. прямостояче, не галузисте, переважно голе, стеблові л. нечисленні або відсутні. Прикореневі л. зібрані в розетку, видовжені, голі або знизу дещо опушені, перисторозділені; частки яйцеподібні, заокруглені. Стеблові л. подібні, але значно менші за розмірами. Багаторічник, 0,3-1 м завв. Цв. VI–VIII. ....................................................

.......................................... 4. Ш. королівський – P. sceptrum-carolínum L. На торф’яних ґрунтах. На заболочених місцях, на вологих луках. Росте на межі Прикарпатті та Ґорґан, де на сьогодні достовірно відомий єдиний локалітет (околиці с. Чорні Ослави Надвірнянського району Івано-Франківської області) (Данилюк та Борсукевич 2011). Решта локалітетів відомі за гербарними зборами, зібраними понад 50 років тому, ймовірно мають історичне значення. 5. Чаш. спереду розсічена. Л. досить потужні, видовжені трикутно-яйцеподібні, або продовгасті, перисторозділені, листочки перисто або тричіперисто розсічені ............... 6 – Зубці чаш. цілісні, їх кінчики відігнуті. Л. ланцетоподібні, перисторозсічені або перисторозділені, листочки яйцеподібні, тупі, двічі надрізані. Л. сизо-зелені. Кв. у густому видовженому суцв., при плодах видовжується ще більше. Чаш. може бути опушена довгими волосками. Він. 18-28 мм завдовжки, світло-жовтий, кінчик верхньої губи чорнувато-фіолетовий. Ст. при основі дещо розширене, оточене кількома лусками, знизу голе, у верхній частині негусто опушене. Багаторічник, 5-20 см завв. Цв.VI–VIII. ............ ................................ 5. Ш. Едера – P. oederi Vahl. На скелях і луках у високогір’ї, рідко. Насьогодні збереглась лише одна популяція у Чорногірському масиві на гг. БербенескулМунчел (Кобів 2009). 6. Трубка він. всередині опушена. Тичинкові нитки усіх тичинок на верхівці бородаті. Суцв. щільне, густе ............................ 7 – Трубка він. всередині гола (за винятком місця прикріплення тичинок). Тичинкові нитки 2 коротших тичинок голі або майже голі. Суцв. видовжене. Він. близько 25 мм завд., світло-жовтий. Суцв. довге, знизу інколи перерване. Чаш. завжди гола, спереду до половини відкрита, близько 10 мм завдовж. Коробочки яйцеподібні, загострені, не перевищують чаш. Л. голі. Вісь

Данилюк К.М. Ключ для визначення Pedicularis Українських Карпат і частки листка досить широкі. Дуже схожий на наступний вид. Багаторічник, 0,5‑2 м завв. Цв. VI–VIII. ......................................................... 6. Ш. високий – P. exaltata Besser. Світлі ліси, зарослі, дуже рідко. зберігся тільки у Прикарпатті: околиці с. Спаська Сторожинецького району Чернівецької області (Чорней та ін. 2010), решта локалітетів, що зафіксовані гербарними зборами, мають історичне значення. 7. Чаш. опушена довгими волосками (інколи з часом волоски можуть зникати, можуть бути тільки залишки опушення). Зубці чаш. дуже короткі, трикутні. Він. блідо-жовтий, 22-26 мм завд. з трубкою вдвоє довшою від чаш., всередині опушений. Всі тичинкові нитки бородаті. Коробочка яйцеподібна, загострена, значно перевищує чаш. Ст. біля основи л. часто інтенсивно опушене, решта частина ст. слабо опушена або взагалі гола. Л. голі, перисті, м’які, з 2-перисто розсіченими частками; прикореневі л. великі, довгочерешкові, стеблові – зменшені, верхні – біля основи черешкові; листочки яйцеподібні або продовгасті, 1,5-3 мм завширшки, зазвичай гострі або тупуваті, з дуже короткими вістрями. Багаторічник, 2060 (100) см завв. Цв. VII–VIII. ............................. ....................... 7. Ш. Гаккета – P. hacquetii Graf.

257

У горах на скелях і луках, доходить до альпійської смуги, нерідко. Трапляється у більшості флористичних районів Українських Карпат: Прикарпаття, Східних Бескидах й низькі полонини (Стінка, Ужанський ННП), Ґорґани, Свидовець, Чорногора, Чивчини, Мармароські Альпи. Використані джерела Чопик В.І. (ред.). 1977. Визначник рослин Українських Карпат. Наукова думка, Київ. Данилюк К.М., Борсукевич Л.М. 2011. Новий локалітет Pedicularis sceptrum-carolinum L. (Orobanchaceae) в Україні. Укр. ботан. журн. 6: 805–809. Кобів Ю.Й. 2009. Шолудивник Едера. Pedicularis oederi Vahl. (P. versicolor Wahlenb.). У кн.: Дідух Я.П. (ред.), Червона книга України. Рослинний світ: 532. Глобалконсалтинг, Київ. Чорней І.І., Буджак В.В., Токарюк А.І. 2010. Сторінками Червоної книги України (рослинний світ). Чернівецька область. ДрукАрт, Чернівці. Han-bi Y., Holmgren N.H., Mill R.R. 1998. Pedicularis. In: Zheng-yi W., Raven P.H. (eds), Flora of China. Vol. 18: 97–209. Beijing, St. Louis. http:// www.efloras.org/florataxon.aspx?flora_id=2&taxon_ id=124237

GENUS PEDICULARIS L. (OROBANCHACEAE) IN THE UKRAINIAN CARPATHIANS: THE KEY FOR IDENTIFICATION Kateryna Danylyuk Abstract. The key for identification of the species from the genus Pedicularis including the P. exaltata for the Ukrainian Carpathians are given for the first time. Key words: Pedicularis, Ukrainian Carpathians, key for determination State Natural History Museum, National Academy of Sciences of Ukraine, 18 Teatralna str., Lviv, 79008, Ukraine; echium@ukr.net

Modern Phytomorphology 3: 259–265, 2013

УДК 57.012.4:581.821

СТРУКТУРНІ ОСОБЛИВОСТІ КЛІТИННИХ ОБОЛОНОК ЛИСТКІВ SAGITTARIA SAGITTIFOLIA L. ТА TRAPA NATANS L. Олена М. Недуха Анотація. Методом просвічуючої електронної мікроскопії досліджена ультраструктура клітинних оболонок епідерми та мезофілу листків Sagittaria sаgittifolia та Trapa natans. Виявлені структурні особливості клітинних оболонок епідерми листків, занурених у воду, при порівнянні із клітинними оболонками епідерми надводних та плаваючих листків, зокрема, зниження товщини периклінальних оболонок епідермісу та поява розпушення мікрофібрил целюлози. Ультраструктурні зміни в оболонках підводних листків супроводжувалися збільшенням вмісту геміцелюлоз і лігніну, та зменшенням вмісту целюлози. Отримані дані обговорюються у зв’язку з апопластним водним транспортом листків, занурених у воду. Ключові слова: Sagittaria sagittifolia, Trapa natans, епідерма, клітинні оболонки, листок Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України, вул. Терещенківська, 2, 01004, Київ, Україна; o.nedukha@hotmail.com

Вступ Відомо, що підводні листки вищих повітряно-водних рослин характеризуються певними анатомо-морфологічними пристосуваннями до росту та активного функціонування у водному середовищі, для кого характерно ослаблення світлового потоку, нестача СО2 та зміни дифузії газів у порівнянні з надводним повітряним середовищем (Smith & Walker 1981; Доронин 2000). Головні фенотипічні ознаки адаптації листків до водного середовища – це зміна форми, площі та їх анатомічної структури (Mommer et al. 2005; Arber 2008; Недуха 2011). Відомо, що у повітряних та плаваючих листків зовнішні клітинні оболонки епідерми та продихи замикаючих клітин листків є першим бар’єром і першим транспортним шляхом вуглекислого газу та води, а також місцем контакту органів рослини з оточуючим середовищем. Кутикула епідерми повітряних листків мезофітів містить пори, через які відбувається як кутикулярна транспірація, так і поглинання води (Schönherr 1982, 2006). Тоді як у більшості підводних листків повітряно-водних та водних рослин продихи © The Author(s), 2013

відсутні. Транспортні функції в основному припадають на периклінальні оболонки епідермісу листків. Незважаючи на численні дані стосовно вивчення впливу затоплення на ріст і функціонування гідрофітів, для розуміння механізмів клітинної адаптації вищих рослин до природного затоплення, особливої уваги потребує дослідження структурнофункціональних особливостей клітинних оболонок епідерми підводних листків. Тому метою нашої роботи було порівняти ультраструктуру клітинних оболонок епідерми і фотосинтезуючої паренхіми підводних і надводних листків Sagittaria sagittifolia L. та Trapa natans L. Матеріали і методи досліджень Досліджували листки стрілолиста звичайного (S. sagittifolia) та водяного горіха (T. natans) у фазі вегетативного росту. Рослини росли у прибережній зоні Русанівського каналу (р. Дніпро, м. Київ) на глибині до 80-100 см. Проводили порівняння ультраструктури клітинних оболонок підводних і надводних листків. Для просвічуючої електронної мікроскопії зразки

260 А

Modern Phytomorphology 3 (2013) Б

Рис. 1. Загальний вигляд надводних (А) та підводних (Б) листків Sagittaria sagittifolia, а також плаваючих (В) та підводних (Г) листків Trapa natans. Fig. 1. Common view of air (А) and submerged (Б) leaves of Sagittaria sagittifolia, and of floating (В) and submerged (Г) leaves of Trapa natans.

підводних і надводних листків S. sagittifolia та плаваючих листків T. natans (серединну частину пластинки, на віддалі 4-5 мм від краю), а також серединну частину голкоподібних сегментів розсічених підводних листків T. natans у польових умовах фіксували 2,5% розчином глютарового альдегіду в 0,05 М какодилатному буфері, рН 7,2. Потім матеріал промивали відповідним буфером, дофіксовували 2% OsO4, зневоднювали етанолом та ацетоном і заливали у суміш епоксидних смол (епон/аралдит) (Недуха 2004). Ультраструктуру клітин досліджували під електронним мікроскопом JЕM-1200ЕХ. Для визначення вмісту полісахаридів у клітинних оболонках брали по 9-11 підводних і по 7-9 надводних листків (без серединної жилки) з кожного виду. Загальний вміст целюлози, геміцелюлоз, лігніну, пектину та протопектину визначали за стандартними протоколами, використовуючи для гідролізу суху масу листкових пластинок (Арасимович и Ермаков 1987). Біохімічні аналізи проводили у трьох повторностях. Результати та їх обговорення Загальна морфологічна характеристика листків Для рослин S. sagittifolia та T. natans

характерна виражена гетерофілія (Рис. 1 А-В). Надводні листки S. sagittifolia мають стріловидну форму, підводні – лінійну; тоді як плаваючі листки T. natans – рівносторонню трикутну форму, а підводні розсічені листки мають частки голкоподібної форми. Ультраструктура клітинних оболонок листків S. sagittifolia Дослідження ультраструктури клітинних оболонок епідерми й мезофілу листків показало певні відмінності в структурі клітинних оболонок між надводними та підводними листками. Надводні листки. Зовнішні (периклінальні) оболонки клітин адаксіального епідермісу повітряних листків стрілолиста звичайного мали ширину біля 1,5 мкм, яка сягала 2,5 мкм у зоні антиклінальної оболонки, і характеризувались шаруватістю (Рис. 2 А): зовнішній шар, товщиною до 0,1 мкм, містив електронно щільну кутикулу, середній пектоцелюлозний шар, товщиною 1,2-1,5 мкм характеризувався також електронною щільністю, внутрішній шар (0,2 мкм завтовшки) – зниженою електронною щільністю мікрофібрил целюлози. Клітинні оболонки мезофілу тонкі (до 0,2-0,3 мкм шириною), з типовою пекто-целюлозною структурою (Рис. 2 В).

Недуха О.М. Особливості клітинних оболонок листків Sagittaria sagittifolia і Trapa natans А

261

Рис. 2. Фрагменти клітин епідермісу (А, Б) і мезофілу (В-Д) надводних (А, В) та підводних (Б, Г, Д) листків Sagittaria sagittifolia. У підводних листків клітинні оболонки епідермісу тонші й розрихлені, серединна пластинка оболонок мезофілу характеризується підвищеною електронною щільністю. Реперна мітка = 1 мкм. Fig. 2. The fragments of epidermal (А, Б) and mesophyll (В-Д) cells of air (А, В) and submerged (Б, Г, Д) leaves of Sagittaria sagittifolia. Cell walls of epidermis in submerged leaves are thinner and loosened; the middle plate of mesophyll cell walls is characterized by high electron density. Bar = 1 μm.

Підводні листки. Периклінальні оболонки верхньої та нижньої епідерми підводних листків за структурою відрізнялись від таких у повітряних листків стрілолиста звичайного наступними ознаками: зниженням товщини оболонок удвічі, ослабленням електронної щільності та розпушенням мікрофібрил целюлози (Рис. 2 Б). Тоді, як у клітинних оболонках мезофілу відмічено посилення електронної щільності структур серединної пластинки та оболонки, що контактує з міжклітинним простором (Рис. 2 Г, Д).

Ультраструктура клітинних оболонок листків T. natans Дослідження ультраструктури клітинних оболонок епідермісу і мезофілу листків водяного горіха також показало відмінності між структурою оболонок у плаваючих та підводних листків. Плаваючі листки. Зовнішні (периклінальні) оболонки клітин адаксіального епідермісу плаваючих листків водяного горіха були дуже широкі (до 3 мкм), характеризувались шаруватістю (Рис. 3 А). Вони мали зовнішній щільний

262

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Рис. 3. Фрагменти клітин епідермісу (А, Б) і мезофілу (В, Г) плаваючих (А, В) та підводних (Б, Г) листків Trapa natans. У підводних листків клітинні оболонки епідермісу тонші й розрихлені, серединна пластинка оболонок мезофілу характеризується підвищеною електронною щільністю (Г). Реперна мітка = 1 мкм. Fig. 3. The fragments of epidermal (А, Б) and mesophyll (В, Г) cells of floating (А, В) and submerged (Б, Г) leaves of Trapa natans. Cell walls of epidermis in submerged leaves are thinner and loosened; the middle plate of mesophyll cell walls is characterized by high electron density (Г). Bar = 1 μm.

кутикулярний шар (40 нм товщиною), середній шар (2,2‑2,7 мкм завширшки) та внутрішній (0,2-0,3 мкм завширшки) більш електронно прозорий, в якому чітко було видно мікрофібрили целюлози. Клітинні оболонки мезофілу тонкі (≈0,3 мкм завширшки), характеризувалися типовою пекто-целюлозною структурою з незначним гранулярним вмістом (Рис. 3 В). Підводні листки. Периклінальні оболонки епідермісу голковидних часток підводних листків за структурою відрізнялись від клітинних оболонок плаваючих листків за наступними ознаками: зниженням товщини в 2,5 рази, ослабленням електронної щільності та значним розпушенням мікрофібрил целюлози (Рис. 3 Б). У клітинних оболонках мезофілу відмічено посилення електронної щільності серединної пластинки (Рис. 3 Г).

Дослідження вмісту полісахаридів клітинних оболонок підводних, надводних і плаваючих S. sagittifolia і T. natans Біохімічними методами визначено вміст целюлози, лігніну, геміцелюлоз, пектину та протопектину у плаваючих, повітряних і підводних листках S. sagittifolia та T. natans у фазі вегетативного росту. Показано, що підводні умови викликають зміни вмісту полісахаридів листків: збільшення удвічі вмісту лігніну, збільшення вмісту геміцелюлоз у 1,1 та 1,4 раза; зменшення вмісту целюлози у 1,1 та 1,3 раза у порівнянні із плаваючими й надводними листками для T. natans і S. sagittifolia, відповідно (Рис. 4). Подібне підвищення вмісту лігніну та геміцелюлоз раніше було виявлене у підводних стеблах Ludwigia repens J.R. Forst. у порівнянні з надводними стеблами (Little 2003). Таким чином, відмінності вмісту геміцелюлоз і

Недуха О.М. Особливості клітинних оболонок листків Sagittaria sagittifolia і Trapa natans Лігнін Ліг нін

Целюлоза Целю лоза

Геміцелюлоза Геміцелю лоза

Пектин Пект ин

263

Протопектин Прот опект ин

450 400

мг/ гр сухої маси

350 300

S. sagittifolia

T. natans

250 200 150 100 50 0

Повіт ряний Повітрянний лист ок листок

Підводний Підводний лист ок листок

Плаваючий Плаваючий лист ок листок

Підводний Підводний лист ок листок

Рис. 4. Вміст полісахаридів у клітинних оболонках повітряних (А) та підводних (Б) листків Sagittaria sаgittifolia, а також плаваючих (В) та підводних (Г) листків Trapa natans. Fig. 4. The content of polysaccharides in the cell walls of air (А) and submerged (Б) leavs of Sagittaria sаgittifolia, and floating (В) and submerged (Г) leaves of Trapa natans.

целюлози підводних листків S. sagittifolia та T. natans певним чином узгоджуються із змінами ультраструктури клітинних оболонок (розпушенням та зниженням товщини). Тоді як зміни вмісту пектину й протопектину у досліджуваних видів при затопленні різнилися: у S. sagittifolia вміст пектину зменшувався у 4 рази, а у T. natans – не змінювався. Вміст протопектину у листках S. sagittifolia удвічі збільшувався, у листках T. natans – удвічі знижувався. Питання про механізми таких змін вмісту пектинів лишається відкритим. Обговорення та висновки Таким чином, методом трансмісійної електронної мікроскопії нами встановлено суттєві відмінності в ультраструктурі й товщині клітинних оболонок підводних та надводних листків досліджуваних видів гідрофітів. Такі відмінності були тканино-

специфічні: в епідермісі периклінальні оболонки ставали тоншими та розпушеними, тоді як оболонки фотосинтезуючих паренхімних клітин листків, занурених у воду, – ставали електронно щільними. Механізм формування тонких клітинних оболонок у різних тканинах рослин пояснюють змінами тургору клітини та зменшенням активності синтетаз, що беруть участь у синтезі полісахаридів оболонок (Cosgrove 1998). Щодо розпушення клітинних оболонок, то існує багато моделей цього процесу. Першу гіпотезу про кислотно-індукований механізм розпушення було запропоновано Клеландом та Раулем (Cleland 1983; Rayle & Cleland 1992). Пізніше було показано, що гідроліз полісахаридів при розрихленні – це комплекний процес, у якому ферментативний гідроліз полісахаридів матриксу оболонок відбувається за участі ендоглюканаз та експансинів. Останні не гідролізують полісахариди,

264 а лише індукують розтяг і збільшують пластичність оболонок в залежності від рН апопласту (Cosgrove 1998, 2001). Крім того, ефекторами розпушення оболонок виступають фітогормони. Встановлено, що один із механізмів розпушення клітинних оболонок у стеблах вищих рослин – це участь брасиностероїдів, які регулюючи експресію генів білків розпушення, а саме ксилоглюкан- ендотрансглюкозилаз, діють на транскрипційному рівні (Clouse 1997; Wada & Katsumi 2005). Відомо, що саме потоншений шар кутикули та наявність пор або розпушень у зовнішніх оболонках епідерми підводних листків сприяє оптимальному транспорту газів та води у листках в умовах затоплення рослин (Недуха 2011). Враховуючи отримані нами дані про відмінності в ультраструктурі клітинних оболонок епідерми занурених листків T. natans і S. sagittifolia, можна припустити що розпушена структура периклінальних тонких клітинних оболонок епідермісу підводних листків є наслідком слабкого тургору цих клітин, активації гідролаз та експансинів, а також участі брасиностероїдів. Ці структурні пристосування реалізуються для оптимального функціонування транспортних процесів між листком та оточуючим водним середовищем. Їх, очевидно, можна розглядати як адаптаційні ознаки підводних листків до існування у водному середовищі в умовах зміни як вмісту, так і швидкості транспорту розчинених у воді іонів та газів (СО2, О2, НСО3). Відомо, що лігніфікація клітинних оболонок паренхімних клітин і клітин провідних пучків у мезофітів починається саме по кутах цих клітин та у серединній пластинці, що заповнена пектиновими речовинами. Ці зони починають збагачуватися гідроксифеніловими та гваяциловими одиницями (Boudet 2001), а також фенолами (кумаровою та феруловою кислотами), які служать якорем для синтезу лігніну (Lai et al. 1999). Крім того, методом імунної цитохімії також доведено наявність лігніну у електроннощільних зонах серединної пластинки клітин тютюну (Chabannes et al.

Modern Phytomorphology 3 (2013) 2001). Враховуючи одержані нами дані про більший вміст лігніну в оболонках підводних листків досліджуваних гідрофітів та наявність електронних ущільнень в міжклітинниках і кутах фотосинтезуючих паренхімних клітин підводних листків цих рослин, а також зважаючи на відмічені вище дані літератури, можна зробити припущення, що ущільнення між паренхімними клітинами у підводнх листків є наслідком посиленого відкладення лігніну, що також підтверджується і біохімічними даними. Використані джерела Арасимович В., Ерамков А. 1987. Определение полисахаридов и лигнина. В кн.: Ермаков А. (ред.), Методы биохимического изучение растений: 143– 172. Агропромиздат, Ленинград. Доронин Ю.П. 2000. Физика океана. РГМУ, Санкт‑Петербург Недуха О.М. 2004. Структурна характеристика та аналіз пігментів водної форми Sium latifolium L. Укр. ботан. журн. 61: 74–85. Недуха О.М. 2011. Гетерофілія у рослин. Альтерпрес, Київ. Arber A.R. 2008. Water plants: A study of aquatic angiosperms. Cambr. Univ. Press, Cambridge. Boudet A.-M. 2001. Towards an understanding of the supramolecular organization of the lignified wall. In: Rose J.K.C. (ed.), The plant cell wall: 155–182. Cornell Univ. Ithaca, New York. USA. Chabannes M., Ruel K., Yoshinaga A. et al. 2001. In situ analysis of lignins from tobacco transgenic lines down-regulated for several enzymes of monolignol synthesis reveals a differential impact of transformation on the spatial patterns of lignin deposition at the cellular and subcellular levels. Plant J. 28: 271–282. Cleland R.E. 1983. The capacity for acid-induced wall loosening as a factor in the control of Avena coleoptile cell elongation. J. Exp Bоt. 34: 676–680. Clouse S.D. 1997. Molecular genetic analysis of brassinosteroid action. Physiol. Plant 100: 702–709. Cosgrove D.J. 1998. Molecular regulation of plant cell wall extensibility. Gravit. Space. Biol. Bull. 11: 61–70. Cosgrove D. J. 2001. Wall structure and wall loosening. A look backwards and forwards. Plant Physiol. 125: 131–134. Lai Y.Z., Funaoka M., Chen H.T. 1999. Chemical heterogeneity in woody lignins. In: Argyropoulos D.S. (ed.), Advances in lignocellulosics characterization: 43–53. TAPPI Press, Atlanta.

Недуха О.М. Особливості клітинних оболонок листків Sagittaria sagittifolia і Trapa natans Little S.T. 2003. Adaptation and acclimation of populations of Ludwigia repens to growth in high- and lower CO2 springs. PhD Dissertation presented to the graduate school of the University of Florida. Univ. Florida. USA. Mommer L., Pons T.L., Wolkers-Arts M. et al. 2005. Submergence-induced morphological, anatomical, and biochemical responses in a terrestrial species affects gas diffusion resistance and photosynthetic performance. Plant Physiol. 139: 497–508. Rayle D.L., Cleland R.E. 1992. The acid growth theory of auxin-induced cell elongation. Plant Physiol. 99: 1271–1274. Smith F.F., Walker N.A. 1981. Photosynthesis by aquatic plants: effects of unstirred layers in relation too assimilation of CO2 and HCO3- and isotopic discrimination. New Phytol. 6: 1017–1027.

265

Schönherr J. 1982. Resistance of plant surfaces to water loss: transport properties of cutin, suberin and associated lipids. In: Lange O.L., Nobel P.S., Osmond C.B., Ziegler H. (eds), Physiological plant ecology: 153–179. Springer‐Verlag, Berlin, Heidelberg, New York. Schönherr J. 2006. Characterization of aqueous pores in plant cuticles and permeation of ionic solutes. J. Exp. Bot. 57: 2471–2491. Wada T., Katsumi M. 2005. Brassinolide as a modulator of the activities of cell wall loosening proteins. Plant Biotech. 22: 33–38.

STRUCTURAL FEATURES OF THE CELL WALLS IN THE LEAVES OF SAGITTARIA SАGITTIFOLIA L. AND TRAPA NATANS L. Olena M. Nedukha Abstract. The ultrastructure of the cell walls of Sagittaria sаgittifolia and Trapa natans leaf epidermis and mesophyll was studied under a transmission electron microscope. The structural features of epidermal cell walls of submerged leaves were observed in opposition to cell walls of air and floating leaves. There were observed the decreasing of the thickness of periclinal cell walls in epidermis and loosening inside cellulose microfibrils for submerged leaves. There were also obtained the increasing of hemicelluloses and lignin contents, as well as the decreasing of cellulose content in submerged leaves. These data are discussed in context of the apoplast transport in submerged leaves. Key words: Sagittaria sagittifolia, Trapa natans, epidermis, cell walls, leaf M.G. Kholodny Institute of Botany NAN Ukraine, 2 Tereschenkivska str., Кyiv, 01004, Ukraine; o.nedukha@hotmail.com

Modern Phytomorphology 3: 267–272, 2013

УДК 582.594.2:581.4

СТРУКТУРА ПОВЕРХНІ ЛИСТКІВ ВИДІВ ПІДРОДУ SEDUM РОДУ SEDUM L.(CRASSULACEAE DC.) КОЛЕКЦІЇ ЗАХИЩЕНОГО ҐРУНТУ БОТАНІЧНОГО САДУ ІМ. АКАД. О.В. ФОМІНА Микола В. Яценко 1*, Оксана А. Футорна 1,2***, Владислава А. Баданіна 1** Анотація. Проводилось порівняльне морфолого-анатомiчне дослідження епідерми листків восьми видів роду Sedum за допомогою світлової та скануючої електронної мікроскопії (СЕМ). В результаті дослідження ультраструктури поверхні листків видів роду Sedum встановлено, що за вивченими ознаками більш подібними є види S. morganianum, S. bergeri та S. adolphi. Вид S. stahlii відрізняється від усіх інших досліджених видів наявністю опушення, що представлене одноклітинними трихомами. Виявлені відмінні ознаки у будові епідерми листків восьми видів роду доповнюють їх морфологічну характеристику і можуть слугувати додатковими ознаками для їх таксономії. Ключові слова: Sedum, листок, епідерма, ультраструктура, продихи, СEM 1 Київський Національний університет імені Тараса Шевченка, ННЦ «Інститут біології», кафедра ботаніки пр. академіка Глушкова, 2, м. Київ, 03022, Україна; * kslb@ukr.net,** v.badanina@mail.ru 2 Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України, вул. Терещенківська, 2, 01601, Київ, Україна; *** oksana_drofa@yahoo.com

Вступ Рід Sedum L. (Crassulaceae DC.) критичний та складний у систематичному питанні, у світовій флорі нараховує близько 500 видів, що ростуть у Європі, Середземномор’ї, Східній та Західній Азії, на південному заході Північної Америки, у Мексиці, Південній Америці, Центральній Африці та на Мадагаскарі (Eggli 2003). У літературі практично відсутні відомості про особливості мікроморфологічної будови, у тому числі ультраструктури листків видів роду Sedum. Разом з тим, дослідження поверхні листка із застосуванням методу скануючої електронної мікроскопії має важливе значення для характеристики видів та встановлення їх діагностичних критеріїв ( Jayeola & Thorpe 2000). Метою дослідження було з’ясувати ультраструктуру поверхні листків восьми видів роду Sedum: S. adolphi Hamet, © The Author(s), 2013

S. bergeri Hamet, S. lucidum R.T. Clausen, S. morganianum E. Walther, S. pachyphyllum Rose, S. rubrotinctum R.T. Clausen, S. stahlii Solms та S. treleasei Rose, що належать до типового підроду Sedum, та встановити діагностичну значущість ознак на різних таксономічних рівнях. Матеріали і методи досліджень Матеріал для дослідження відібраний з рослин колекції захищеного ґрунту Ботанічного саду ім. акад. О.В. Фоміна КНУ імені Тараса Шевченка. У п’яти рослин кожного виду фіксували в суміші Чемберлена відрізки листків з середньої третини їх довжини. Для дослідження епідермальної тканини листків виготовляли парадермальні препарати за загально прийнятою методикою (Фурст 1979). Для дослідження використовували світловий мiкроскоп Carlz Zeiss Primo Star. Для дослідження

268

Modern Phytomorphology 3 (2013)

ультраструктури листків під сканувальним електронним мікроскопом (СЕМ JSM35C, Japan) зразки листків фіксували на латунних столиках та напилювали сумішшю золота та платини у вакуумній камері ( JII-4X, Japan). Епідермальну тканину та ультраструктуру листків описували, використовуючи загальноприйняту термінологію (Захаревич 1954; Баранова 1985; Джунипер и Джеффри 1986; Баранова и Остроумова 1987; Гончарова 2006; Barthlott et al. 1998).

рівномірно по всій поверхні листкової пластинки, нижче рівня основних клітин епідерми. Опушення відсутнє. Контури всіх клітин чіткі. Антиклінальні стінки основних епідермальних клітин звивисті. Клітини характеризуються звивистими обрисами та розпластаними проекціями. Кутикула добре розвинена, на її поверхні спостерігається потужний шар воску. Кутикулярний віск у вигляді плівки наявний на обох епідермах. Рельєф листкової пластинки горбкуватоостистий.

Результати та їх обговорення S. adolphi Hamet (Рис. 1 Ґ, Д). Листок амфістоматичний, продихи анізоцитного типу, не орієнтовані своєю довшою віссю вздовж середньої жилки листка. Розташовані рівномірно по всій поверхні листкової пластинки, нижче рівня основних клітин епідерми. Опушення відсутнє. Кутикула гладка, добре розвинена. Контури всіх клітин чіткі. Основні клітини верхньої та нижньої епідерми мають прямолінійні обриси та багатокутні проекції. Рельєф листкової пластинки сітчастий.

S. morganianum E. Walther (Рис. 1 А, Б). Листок амфістоматичний, продихи анізоцитного типу, не орієнтовані своєю довшою віссю вздовж середньої жилки листка. Містяться рівномірно по всій поверхні листкової пластинки, нижче рівня основних клітин епідерми. Опушення відсутнє. Основні клітини верхньої та нижньої епідерми мають прямолінійні обриси та багатокутні проекції. Шар кутикули добре виражений, гладкого типу. Наявний кутикулярний віск у вигляді кірок на обох епідермах. Контури всіх клітин чіткі, рельєф листкової пластинки сітчастоскладчастий.

S. bergeri Hamet (Рис. 1 В, Г). Листок амфістоматичний, продихи анізоцитного типу, не орієнтовані своєю довшою віссю вздовж середньої жилки листка. Містяться рівномірно по всій поверхні листкової пластинки, нижче рівня основних клітин епідерми. Опушення відсутнє. Контури всіх клітин чітко проглядаються. Кутикула гладка, добре розвинена. На відміну від S. adolphi в даного виду на обох епідермах наявний кутикулярний віск. Основні епідермальні клітини характеризуються прямолінійними обрисами та багатокутними проекціями. Рельєф листкової пластинки сітчастий.

S. pachyphyllum Rose (Рис. 2 В, Г). Листок амфістоматичний, продихи анізоцитного типу, не орієнтовані своєю довшою віссю вздовж середньої жилки листка. Містяться рівномірно по всій поверхні листкової пластинки, нижче рівня основних клітин епідерми. Опушення відсутнє. Антиклінальні стінки основних епідермальних клітин звивисті. Клітини характеризуються звивистими обрисами та розпластаними проекціями. Кутикула потужна, кутикулярний віск у вигляді пластинок, спостерігається на обох епідермах. Контури всіх клітин чіткі, рельєф листкової пластинки горбкуватий.

S. lucidum R.T. Clausen (Рис. 2 А, Б). Листок амфістоматичний, продихи анізоцитного типу, добре виражені, не орієнтовані своєю довшою віссю вздовж середньої жилки листка. Містяться

S. rubrotinctum R.T. Clausen (Рис. 2 Ґ, Д). Листок амфістоматичний, продихи анізоцитного типу, добре виражені, не орієнтовані своєю довшою віссю вздовж середньої жилки листка. Містяться

Яценко М.В., Футорна О.А., Баданіна В.А. Структура поверхні листків видів підроду Sedum

269

Рис. 1. Епідерма листка: А – Sedum morganianum (СЕМ); Б – S. morganianum (СМ); В – S. bergeri (СЕМ); Г – S. bergeri (СМ); Ґ – S. adolphi (СЕМ); Д – S. adolphi (СМ); Е – S. treleasei (СЕМ); Є – S. treleasei (СМ). Fig. 1. Leaf epidermis: А – Sedum morganianum (SЕМ); Б – S. morganianum (LМ); В – S. bergeri (SЕМ); Г – S. bergeri (LМ); Ґ – S. adolphi (SЕМ); Д – S. adolphi (LМ); Е – S. treleasei (SЕМ); Є – S. treleasei (LМ).

270

Modern Phytomorphology 3 (2013)

рівномірно по всій поверхні листкової пластинки, нижче рівня основних клітин епідерми. Опушення відсутнє. Кутикула потужна. Антиклінальні стінки основних епідермальних клітин звивисті, клітини характеризуються звивистими обрисами та розпластаними проекціями. Контури всіх клітин чіткі, рельєф листкової пластинки горбкуватий. S. stahlii Solms (Рис. 2 Е, Є). Листок амфістоматичний. Контури всіх клітин чіткі, продихи анізоцитного типу, не орієнтовані своєю довшою віссю вздовж середньої жилки листка. Містяться рівномірно по всій поверхні листкової пластинки, нижче рівня основних клітин епідерми. На адаксіальній епідермі наявні одноклітинні шипики. Кутикула добре розвинена. Антиклінальні стінки основних клітин звивисті, клітини характеризуються звивистими обрисами та розпластаними проекціями. Рельєф адаксіальної поверхні листкової пластинки складчастий. На відмінну від адаксіальної, рельєф абаксіальної поверхні сітчасто-складчастий, основні епідермальні клітини мають округлі обриси та проекції. S. treleasei Rose (Рис. 1, Е, Є). Листок амфістоматичний, продихи анізоцитного типу, не орієнтовані своєю довшою віссю вздовж середньої жилки листка. Містяться рівномірно по всій поверхні листкової пластинки, нижче рівня основних клітин епідерми. Опушення відсутнє. Кутикула потужна, наявний кутикулярний віск у вигляді кірок. Антиклінальні стінки основних епідермальних клітин хвилясті. Клітини адаксіальної епідерми характеризуються видовженими проекціями та звивистими обрисами, на відміну від основних клітин абаксіальної епідерми, у яких проекції округлі. Контури клітин не чіткі, рельєф листкової пластинки складчастий.

Висновки

В результаті дослідження ультраструктури листової пластинки видів роду Sedum встановлено, що види характеризуються амфістоматичними листками, анізоцитними не зануреними продихами, потужною кутикулою. Всі вивчені види мають не опушені листки, крім S. stahlii, адаксіальна поверхня якого вкрита одноклітинними шипиками. Епідермальні клітини видів характеризуються прямолінійними (S. morganianum, S. bergeri, S. adolphi), звивистими (S. lucidum, S. pachyphyllum, S. rubrotinctum, S. stahlii, S. treleasei) обрисами та багатокутними (S. morganianum, S. bergeri, S. adolphi), розпластаними (S. lucidum, S. pachyphyllum, S. rubrotinctum, S. stahlii, S. treleasei) проекціями. Рельєф поверхні листових пластинок складчастий (S. treleasei, S. stahlii), горбкуватий (S. rubrotinctum, S. pachyphyllum), горбкувато-остистий (S. lucidum), сітчастий(S. bergeri, S.adolphi), сітчасто-складчастий (S. morganianum). В досліджених видів виявлений кутикулярний віск. Таким чином, у результаті дослідження ультраструктури поверхні листків видів роду Sedum встановлено, що за вивченими ознаками більш подібними є види S. morganianum, S. bergeri та S. adolphi. Вид S. stahlii відрізняється від усіх інших досліджених видів наявністю опушення, що сформоване одноклітинними трихомами. Виявлені відмінні ознаки в будові епідерми листків восьми видів роду доповнюють їх морфологічну характеристику і можуть слугувати додатковими ознаками для їх таксономії. Подяки Автори щиро дякують доктору біологічних наук Гайдаржи Марині Миколаївні та кандидату біологічних наук Нікітіній Вірі Володимирівні за люб’язно надані зразки для дослідження. Використані джерела

Яценко М.В., Футорна О.А., Баданіна В.А. Структура поверхні листків видів підроду Sedum

271

Рис.2. Епідерма листка: А – Sedum lucidum (СЕМ); Б – S. lucidum (СМ); В – S. pachyphyllum (СЕМ); Г – S. pachyphyllum (СМ); Ґ – S. rubrotinctum (СЕМ); Д – S. rubrotinctum (СМ); Е – S. stahlii (СЕМ); Є – S. stahlii (СМ). Рис.2. Leaf epidermis: А – Sedum lucidum (SЕМ); Б – S. lucidum (LМ); В – S. pachyphyllum (SЕМ); Г – S. pachyphyllum (LМ); Ґ – S. rubrotinctum (SЕМ); Д – S. rubrotinctum (LМ); Е – S. stahlii (SЕМ); Є – S. stahlii (LМ).

272

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Баранова М.А. 1985. Классификации морфологических типов устьиц. Ботан. журн. 70 (12): 1585–1594. Баранова М.А., Остроумова Т.А. 1987. Признаки устьиц в систематике. Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Ботаника 6: 173–192. Гончарова С.Б. 2006. Очитковые (Sedoideae, Crassulaceae ) флоры Российского Дальнего Востока. Дальнаука, Владивосток. Джунипер Б.Э., Джеффри К.Э. 1986. Морфология поверхности растений. Агропромиздат, Москва. Захаревич С.Ф. 1954. К методике описания эпидермиса листа. Вестн. ЛГУ 4: 65–75.

Фурст Г.Г. 1979. Методы анатомо-гистохимического исследования растительных тканей. Наука, Москва. Barthlott W., Neithuis C., Cytler D. et al. 1998. Classification and terminology of plant epicuticular waxes. Bot. J. Linn. Soc. 126 (3): 237–260. Eggli U. 2003. Illustrated handbook of succulent plants: Crassulaceae. Springer, Berlin, Heidelberg, New York. Jayeola A.A., Thorpe J.R. 2000. A Scanning electron microscope study of the adaxial leaf surface of the genus Calyptrochilum Kmenzl. (Orchidaceae) in West Africa. Feddes Repert. 111: 315–320.

THE LEAF SURFACE STRUCURE OF THE SPECIES FROM THE SUBGENUS SEDUM OF THE GENUS SEDUM L. (CRASSULACEAE DC.) FROM THE PROTECTED SOIL COLLECTIONS OF A.V. FOMIN BOTANICAL GARDEN Mykola V. Yatsenko 1*, Oksana A. Futorna 1,2***, Vladislava А. Badanina 1** Abstract. By means of light and scanning electron microscopy (SEM) the structure of leaf ’s epidermis of 8 species of genus Sedum L. was investigated. A number of common (amphistomatics, anisocytic type of stomatal complex, strum cuticle) and different signs have been revealed in the structure of the leaf ’s tissue. The results acquired on the basis of micromorphology of a leaf ’s epidermis can be used in the taxonomy of the investigated Sedum species. Key words: Sedum, leaf, epidermis, ultrastructure, stomata, SEM 1 Department of botany, ESC «Institute of Biology», Taras Shevchenko Kyiv National University, 2 Akademika Glushkova str., Kyiv, 03022, Ukraine; * kslb@ukr.net, ** v.badanina@mail.ru 2 M.G. Kholodny Institute of Botany, NAS Ukraine, 2 Tereschenkivska str., Kyiv, 01601, Ukraine; *** oksana_drofa@yahoo.com

Modern Phytomorphology 3: 273–280, 2013

УДК 581.821

ОСОБЛИВОСТІ МІКРОМОРФОЛОГІЧНОЇ БУДОВИ GLADIOLUS IMBRICATUS L. (IRIDACEAE JUSS.) Світлана Л. Жигалова 1* та Оксана А. Футорна 1,2** Анотація. В статті подаються результати детального мікроморфологічного дослідження Gladiolus imbricatus, включеного до Червоної книги України, як вразливого. Зокрема, досліджені ультраструктура поверхні листкової пластинки, насінин, та ультраскульптура пилкових зерен. Ці дослідження проведені нами з метою виявлення додаткових діагностичних ознак для застосування в систематиці роду Gladiolus. Ключові слова: Gladiolus imbricatus, ультраструктура, листок, насінина, пилкове зерно Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України, вул. Терещенківська, 2, Київ, 01001, Україна; * snizil@rambler.ru Ботанічний сад ім. акад. О.В. Фоміна ННЦ «Інститут біології» Київського національного університету імені Тараса Шевченко, вул. С. Петлюри, 1, м. Київ, 01032, Україна; ** oksana_drofa@yahoo.com 1 2

Вступ Рід Gladiolus L. – другий за кількістю видів у родині після роду Iris L., за новою системою родини Iridaceae Juss. (Goldblatt & Manning 2008) належить до підродини Crocoideae. Рiд Gladiolus нараховує 262 види (Goldblatt & Manning 2008), що поширені, головним чином, у Африці та на о. Мадагаскар, а також у Європі, на Кавказі та у Малій, Середній, та Центральній Азії (з них, 167 видів у південній Африці з первинним центром походження у Капській провінції, і з вторинним центром походження у Східній Африці й у Конго). Для природної флори України вказується чотири види роду (Mosyakin & Fedoronchuck 1999): G. imbricatus L., G. italicus Mill., G. palustris Gaudin, G. tenuis M. Bieb. Всі види включені до Червоної книги України: G. imbricatus та G. tenuis – як вразливі, G. italicus та G. palustris – як зникаючі (Дідух 2009). G. imbricatus трапляється в Україні спорадично на заході та півночі: у Карпатах, на Поліссі, Малому Поліссі, Розточчі-Опіллі, у Зх. Лісостепу, на Лівобережжі та у Криму. Мікроморфологічні дослідження © The Author(s), 2013

листкової пластинки представників родини Iridaceae Juss. проводились рядом авторів (Collins 1937; Karasawa 1942; Juniper 1959; Shorina 1975; Erol & Küçüker 2003, 2007; Rudall 1991; Goldblatt & Le Thomas 1997; Kandemir 2009). Проте, дані стосовно ультраструктури листків представників роду Gladiolus відсутні. Внутрішня будова плодів та насінин представників родини була детально досліджена З.Т. Артюшенко (1990). Manning & Goldblatt (1991) дослідили систематичне та філогенетичне значення ультраструктури насіннєвої шкірки африканських родів родини Iridaceae – Nivenia, Klattia, Witsenia. У Туреччині були досліджені насінини дев’яти турецьких видів Gladiolus (Erol et al. 2006). В Україні було досліджено морфологічні особливості плодів і насіння трьох видів роду Gladiolus (Сікура та Сікура 2003). В останньому випадку автори стисло подали інформацію про форму, розміри, загальний вигляд поверхні та колір насінин. Отже, з метою виявлення додаткових діагностичних ознак, нами досліджено ультраструктуру листка, насінин та

274

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Рис. 1. Рельєф поверхні листкової пластинки Gladiolus imbricatus: А – колікулярний; Б – колікулярно-сітчастий. Fig. 1. Types of surface relief of Gladiolus imbricatus leaf blade: А – colliculate; Б – colliculate-mesh.

ультраскульптуру G. imbricatus.

пилкових

зерен

Матеріали і методи досліджень Для дослідження був використаний гербарний матеріал, зібраний нами під час експедиційних виїздів, а також зразки з гербарію Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного (KW). Для дослідження ультраструктури поверхні листків (середня третина листка), насінини та пилкових зерен, матеріал фіксували на латунних столиках і напилювали тонким шаром золота. Ультраструктуру поверхні вивчали за допомогою СЕМ JSM-6060 LA. Описи листкової пластинки проводились з використанням термінології, узагальненої у ряді праць (Захаревич 1954; Juniper 1959; Barthlott 1981; Джунипер и Джеффри 1986; Chakrabarty & Mukherjee 1986). Для характеристики ультраструктури насіннєвої шкірки була застосована термінологія W. Stern (1992) та W. Barthlott (Barthlott 1981; Barthlott et al. 1998). Для видалення воску з поверхні листкових пластинок, їх поміщали в розчин ксилолу на 24 години. Пилкові зерна описували з використанням загальноприйнятої термінології (Токарев 2002).

Досліджені зразки G. іmbricatus (подаються за оригінальним текстом етикетки): 1. Буковинське Прикарпаття, Чернівецька обл., Герцаївський район, між. с. Куликівка та с. Тарнавка. Луки. 03.07.2005. А. Токарюк, О. Волуца.; 2. Івано-Франківська обл., Надвірнянський район, східні околиці с. Микуличин. Луки, 1059 м. над р.м. 24.08.2010. Л. Борсукевич, К. Данилюк.; 3. Чернігівська обл., Остерський район, околиці с. Євмінка. Луки вздовж р. Десна. 24.06.2007. О. Булах, С. Жигалова.; 4. Сумська обл., Путивльський район, балка біля с. Ширяєва. 21.06.2009. Я. Дідух.; 5. Закарпатська обл., смт. Ясіня. Вологі луки на пагорбі. 19.07.2008. І. Ольшанський, С. Жигалова. Результати та їх обговорення Ультраструктура поверхні листкової пластинки Листок у досліджених рослин G. imbricatus – амфістоматичний. Продихи брахипарацитного типу, містяться нижче рівня основних епідермальних клітин, орієнтовані своєю довшою віссю вздовж листкової пластинки. В досліджених зразках на обох поверхнях листкової пластинки

Жигалова С.Л., Футорна О.А. Мікроморфологія Gladiolus imbricatus А

275

Рис. 2. Типи воску листкової пластинки Gladiolus imbricatus: А – воскові пластинки; Б – воскові кірки. Fig. 2. Types of wax of Gladiolus imbricatus leaf blade: А – wax plates; Б – wax crusts.

кількість продихів однакова (відміни в межах похибки). Продиховий індекс високий в усіх досліджених зразків, не залежить від місцезростання рослин. Такі ознаки листкової пластинки, як амфістоматичність, однакова кількість занурених продихів на обох поверхнях та високий продиховий індекс, є характерними для рослин, що зростають в умовах з надмірною кількістю інсоляції (Эзау 1980; Нагалевский и Николаевский 1981; Васильев 1988; Evert 2007). Наявність згаданих вище ксероморфних ознак у досліджених рослин пояснюється, на наш погляд, мечоподібною формою листкової пластинки, яка з обох боків піддається впливу великої кількості сонячної радіації. На обох поверхнях листкової пластинки в усіх досліджених зразків виявлені папіли (Рис. 1 Б). Вони щільно розміщені впорядкованими рядами вздовж проксимальних антиклінальних стінок епідермальних клітин. Будова, тип та локалізація трихом досліджена для багатьох груп рослин. Незважаючи на різноманітну структуру, їх використовують як надійну діагностичну ознаку для багатьох таксонів (Эзау 1980; Evert 2007). Відомості, що стосуються будови трихом видів родини Iridaceae вкрай

скупі. Головним чином, вчені звертали увагу на будову залозистих волосків, що містяться на пелюстках квіток представників родини. Досліджені лише анатомічні особливості листкової пластинки видів роду Crocus флори Туреччини, в результаті чого встановлено, що на поверхні листкової пластинки відсутні віск та трихоми (Erol & Küçüker 2007). На наш погляд, наявність папіл у видів роду Gladiolus може бути додатковою діагностичною ознакою. В усіх досліджених рослин даного виду епідермальні клітини з обох боків листка мають звивисті (клітини, що розміщуються між жилками листка) або прямі (клітини, що розміщуються по жилках) обриси та витягнуті проекції. Erol & Küçüker (2007) встановили, що види роду Crocus мають епідермальні клітини, що характеризуються лише прямими обрисами. Ступінь звивистості антиклінальних стінок епідермальної тканини є діагностичною ознакою для багатьох груп як однодольних, так і дводольних рослин (Эзау 1980; Evert 2007). Отже, на наш погляд, дана ознака може бути додатковою діагностичною ознакою для розмежування представників різних родів родини Iridaceae. Досить стабільною ознакою є тип рельєфу епідермальної тканини листкової

276 А

Рис. 3. Ультраструктура поверхні насіннєвої шкірки Gladiolus imbricatus: А – над тілом насінини; Б – над крилом; В – між крилом і тілом насінини. Fig. 3. The ultrastructure of Gladiolus imbricatus seed surface: А – on the seed body; Б – on the wing; В – between the seed body and the wing.

пластинки, на що вказують результати робіт ряду вчених, які працювали з різними таксономічними групами рослин (Джунипер и Джеффри 1986; Jayeola

Modern Phytomorphology 3 (2013) & Thorpe 2000). Це підтверджують і наші дослідження. За характером рельєфу зразки не відрізняються один від одного. В усіх досліджених рослин загальний рельєф епідермальної тканини колікулярносітчастий (між жилками) та колікулярний (по жилках і краях листкової пластинки) (Рис. 1). Антиклінальні стінки епідермальних клітин в усіх зразків рівномірно товсті, периклінальні – увігнуті. Ступінь розвитку епідермального воску залежить як від походження виду, так і від еколого-кліматичних умов зростання. За даними ряду авторів, кращий розвиток воску та кутикули спостерігається за екстремальніших умов навколишнього середовища (Эзау 1980; Нагалевский и Николаевский 1981; Evert 2007). Інші автори вважають тип та кількість воску на поверхні епідерми діагностично вагомими ознаками (Daly 1964). Досліджені нами представники G. imbricatus з різних точок ареалу характеризуються добре розвиненою кутикулою зморшкуватого типу. Кутикулярні валики навколо продихових щілин чітко проглядаються. Віск добре розвинений в усіх досліджених зразків, спостерігається по всій поверхні листкової пластинки з обох її боків. Нами виявлений віск двох типів: між жилками спостерігаються воскові пластинки, орієнтовані вздовж дистальних антиклінальних стінок клітини; по краю листка і вздовж жилок – віск у вигляді кірок (Рис. 2). Отже, в результаті дослідження встановлено, що для листків G. imbricatus характерними є: амфістоматичність, занурені продихи брахіпарацитного типу, високе значення продихового індексу, кутикула зморшкуватого типу, звивисті або прямі обриси та витягнуті проекції епідермальних клітин, колікулярно-сітчастий та колікулярний рельєф, рівномірно товсті антиклінальні стінки епідермальних клітин, увігнуті периклінальні стінки епідермальних клітин, наявність воскових пластинок та воскових кірок.

Жигалова С.Л., Футорна О.А. Мікроморфологія Gladiolus imbricatus Ультраструктура насінин Насіннєва шкірка формується з інтегументів насіннєвого зачатку (Boesewinkel & Bouman 1984; Yildiz & Cirpici 1998; Yildiz 2002; Evert 2007 та ін.). Ознаки насіннєвої шкірки консервативні і стабільні, та практично не піддаються впливу факторів навколишнього середовища, що надає їм високого ступеню таксономічної значущості (Chuang & Heckard 1972; Barthlott 1981; Гончарова 2006). Ультраструктура поверхні насінин представників родини Iridaceae вже частково вивчалась. Зокрема, була досліджена структура тести насінин видів Crocus флори Туреччини, в результаті чого було встановлено, що поверхня насінин у переважної більшості цих видів – колікулярна. В результаті досліджень ультраструктури поверхні насінин семи видів роду Gladiolus флори Туреччини, встановлено, що антиклінальні стінки клітин шкірки насінин різноманітні: горбкуваті, колікулярні, сітчасті, сітчасто-ямчасті; периклінальні – борозенчасті та нерівномірно-зморшкуваті (Erol et al. 2006). Ці вчені дійшли висновку, що отримані результати можна використовувати для розмежування видів роду. Одначе, аналогічних досліджень ультраструктури поверхні насінин видів роду Gladiolus, в тому числі G. imbricatus флори України, не проводилось. За нашими даними насінини рослин G. imbricatus обернено-яйцеподібної форми, з крилом, яке охоплює насінину від халазальної до мікропілярної частини. Ймовірно, крило (сформоване клітинами інтегументальної паренхіми, найширше – з халазальної частини, найвужче – з мікропілярної) є пристосуванням до поширення насінин за допомогою вітру. Рубчик насінини чотирикутний, невеликий, за положенням – базальний. Кутикула зморшкуватого типу, добре розвинена в усіх досліджених насінин. Клітини тести багатокутні, їх межі чітко проглядаються. Периклінальні стінки клітин насіннєвої шкірки різні: випуклі (на крилі та іноді над зародком та ендоспермом), пласкі

277

чи увігнуті (над зародком та ендоспермом). Антиклінальні стінки клітин завжди рівномірно потовщені, прямі. В межах однієї насінини виділяється кілька типів рельєфу: рельєф летючки – горбкуватий (Рис. 3 Б), над зародком та ендоспермом – зморшкуватий (Рис. 3 А). Епідермальні клітини тести на межі між крилом та епідермою, що вкриває зародок та ендосперм, мають рівномірно потовщені антиклінальні стінки та увігнуті периклінальні стінки, і відповідно рельєф – ямчастий (Рис. 3 В). Отже, ультраструктура насінин G. imbricatus характеризується різними типами рельєфу (від горбкуватого, зморшкуватого до ямчастого). В результаті порівняння наших результатів з літературними даними стосовно будови насінин інших видів роду Gladiolus, встановлено, що тип ультраструктури поверхні насіннєвої шкірки може бути діагностичною ознакою на видовому рівні. Ультраскульптура пилкових зерен Відомо, що ознаки скульптури пилкових зерен є одними з найбільш стабільних в еволюційному відношенні, тому вони успішно використовуються в якості надійних діагностичних критеріїв для ідентифікації або диференціації не тільки таксонів вищих рангів – секцій, родів, родин, але й видів, особливо морфологічно близьких (Erdtman 1952; Ferguson 1985; Nakamura 1943). Що стосується паліноморфологічних досліджень в родині Iridaceae, то Goldblatt & Le Thomas (1997) зробили філогенетичну реконструкцію та класифікацію АфроМадагаскарського роду Aristea на основі дослідження ультраскульптури пилкових зерен. Літературні відомості про морфологію пилкових зерен представників роду Gladiolus дуже обмежені. Частково пилкові зерна G. imbricatus були досліджені Бобровим зі співавторами. (Бобров и др. 1983). Додатково, у паліноморфологічній базі даних PalDat подається опис пилкових зерен середземноморського виду G. illyricus (Halbritter 2012). Крім того, морфологію пилкових зерен представників Iridaceae, у

278 А

Modern Phytomorphology 3 (2013) Б

Рис. 4. Пилкове зерно Gladiolus imbricatus: А – загальний вигляд; Б – шипикувата скульптура з проксимального боку. Fig. 4. The pollen grain of Gladiolus imbricatus: А – common view; Б – spinulose sculpture on the proximal side.

тому числі і видів роду Gladiolus, досліджували у Туреччині (Erol et al. 2008). Хоча, в останньому випадку, автори дійшли висновку про нестабільність морфологічних ознак пилкових зерен у досліджених видів. Тим не менше, паліноморфологічні дослідження представників для G. imbricatus флори України ми здійснили уперше. В усіх досліджених зразків пилкові зерна у вигляді монад, крупні (51-100 μм), гетерополярні. За формою варіюють від сплющених до сплющено-сфероїдальних. Обриси пилкового зерна з екваторіального боку – еліптичні (Рис. 4 А). Питання щодо кількості борозен є дискусійним. Згідно з даними А. Боброва (Бобров и др. 1983), пилкові зерна даного виду дистально-одноборозні. Автори вказують, що борозна широка, довга, з заокругленими кінцями, вкрита ланцетоподібною покришкою (оперкулюмом), краї нерівні, бахромчасті. Проте, згідно з класифікацією П. Токарєва (Токарев 2002), оперкулюмом називається та частина спородерми, що легко спадає і прикриває порову мембрану. Враховуючи, що у пилкових зерен G. imbricatus пори відсутні, то, на наш погляд, доречніше вважати, що пилкові зерна у даного виду три-злито-борозні (Рис. 4 А). З дистального боку пилкового зерна знаходяться три довгі борозни, які зливаються на екваторі. Борозни з більш-менш чіткими рівними краями, вкриті орнаментованими мембранами. Скульптура

пилкового зерна з проксимального боку та між борознами – шипикувата (Рис. 4 Б). Для підтвердження рівня діагностичної значущості ознак скульптури пилкових зерен необхідні подальші паліноморфологічні дослідження інших видів роду Gladiolus. Висновки Отже, в результаті детального мікроморфологічного дослідження G. imbricatus встановлено, що листкова пластинка амфістоматичного типу з зануреними продихами брахіпарацитного типу, рельєф поверхні колікулярно-сітчастий та колікулярний, кутикула зморшкуватого типу, наявний віск у вигляді воскових пластинок та воскових кірок. Присутність папіл на обох боках листкової пластинки, воску, і тип кутикули можуть бути діагностичними на рівні роду, проте для підтвердження цього необхідні подальші дослідження ультраструктури листкової поверхні й інших видів роду Gladiolus, оскільки літературні дані з цього питання практично відсутні. В результаті детального дослідження ультраструктури насінин G. imbricatus встановлено, що насінини у рослин даного виду обернено-яйцеподібної форми, з крилом, яке охоплює насінину від халазальної до мікропілярної частини. Ультраструктура насінин характеризується різними типами

Жигалова С.Л., Футорна О.А. Мікроморфологія Gladiolus imbricatus рельєфу (від горбкуватого, зморшкуватого до ямчастого). В результаті аналізу наших даних та літературних джерел, встановлено, що тип ультраструктури поверхні насіннєвої шкірки може бути діагностичною ознакою для видів даного роду. В результаті проведених паліноморфологічних досліджень G. imbricatus встановлено, що пилкові зерна у даного виду у вигляді монад, крупні, тризлито-борозні. Скульптура пилкового зерна з проксимального боку та між борознами – шипикувата. Використані джерела Артюшенко З.Т. 1990. Атлас по описательной морфологии высших растений: 108–113. Наука, Ленинград. Бобров А.Е., Куприянова Л.А., Литвинцева М.В., Тарасевич В.Ф. 1983. Споры папоротникообразных и пыльца голосеменных и однодольных растений флоры европейской части СССР. Наука, Ленинград. Васильев Б.Р. 1988. Строение листа древесных растений различных климатических зон. Изд-во Ленингр. ун-та, Ленинград. Гончарова С.Б. 2006. Очитковые (Sedoideae, Crassulaceae) флоры Российского Дальнего Востока. Дальнаука, Владивосток. Джунипер Б.Э., Джеффри К.Э. 1986. Морфология поверхности растений. Агропромиздат, Москва. Дідух Я.П. (ред.). 2009. Червона книга України. Рослинний світ. Глобалконсалтинг, Київ. Захаревич С.Ф. 1954. К методике описания эпидермиса листа. Вестн. ЛГУ. 4: 65–75. Нагалевский В.Я., Николаевский В.Г. 1981. Экологическая анатомия растений. Изд-во КГУ, Краснодар. Сікура А.Й., Сікура Й.Й. 2003. Морфологічні особливості плодів і насіння видів родини Iridaceae Lindl. Наук. вісник Ужгородського ун-ту 13: 12–24. Токарев П.И. 2002. Морфология и ультраструктура пыльцевых зерен. Изд. КМК, Москва. Эзау К. 1980. Анатомия семенных растений. Мир, Москва. Barthlott W. 1981. Epidermal and seed surface characters of plants: systematic applicability and some evolutionary aspects. Nordic. J. Bot. 1 (3): 345–355. Barthlott W., Neinhuis C., Cutler D. et al. 1998. Classification and terminology of plant epicuticular waxes. Bot. J. Linn. Soc. 126 (3): 237–260.

279

Boesewinkel F.D., Bouman F. 1984. The seed: structure. In: Johri B.M. (ed.), Embryology of Angiosperms: 567–610. Springer-Verlag, Berlin. Chakrabarty C., Mukherjee P.K. 1986. Studies on Bupleurum L. (Umbelliferae) in India II. SEM observations of leaf surfaces. Feddes Repert. 97 (7-8): 489–496. Chuang T.-I., Heckard L.R. 1972. Seed coat morphology in Cordylanthus (Scrophularicaea) and its taxonomic significance. Amer. J. Bot. 59 (2): 258–265. Collins E.J. 1937. Leaf form and structure in the genus Crocus. Proc. Linn. Soc. 149: 116–118. Daly G.T. 1964. Leaf-surface wax in Poa colensoi. J. Exeper. Bot. 15 (43): 160–165. Erdtman G. 1952. Pollen morphology and plant taxonomy. Angiosperms. An introduction to Palynology. Almqvist and Wiksell. Stockholm. Erol O., Küçüker O. 2003. Morpho-anatomical observations on three Romulea (Iridaceae) taxa of Turkey. Bocconea 16: 607–613. Erol O., Küçüker O. 2007. Leaf anatomy of some endemic Crocus L. (Iridaceae) taxa from the West Anatolia. Int. J. Bot. 3 (3): 290–295. Erol O., Küçüker O., Üzen E. 2008. Corm tunic morphology of Turkish Crocoideae (Iridaceae) and their systematic significance. Nord. J. Bot. 26 (1-2): 66–73. Erol O., Üzen E., Küçüker O. 2006. Preliminary SEM observations on the seed testa structure of Gladiolus L. species from Turkey. Int. J. Bot. 2 (2): 125–127. Evert R.F. 2007. Esau’s Plant anatomy: meristems, cells, and tissues of plant body: their structure, function, and development. John Wiley & Sons, Inc., New Jersey. Ferguson I.K. 1985. The role of pollen morphology in plant systematics. Ann. Asoc. Palinol. Leng. Esp. 2: 5–18. Goldblatt P., Le Thomas A. 1997. Palynology, phylogenetic reconstruction and classification of the Afro-Madagascan genus Aristea (Iridaceae). Ann. Mo. Bot. Gard. 84 (2): 263–284. Goldblatt P., Manning J. 2008. The Iris family. Natural History and Classification. Timber press, Potland–London. Halbritter H. 2012. Gladiolus illyricus. PalDat – a palynological database: Descriptions, illustrations, identification, and information retrieval. http://www. paldat.org/index.php?module=search&nav=sd&ID= 101606&system=1&permalink=114284. Jayeola A.A., Thorpe J.R. 2000. A scanning electron microscope study of the adaxial leaf surface of the genus Calyptrochilum Kmenzl. (Orchidaceae) in West Africa. Feddes Repert. 111: 315–320. Juniper B.E. 1959. The surface of plants. Endeavour 18 (69): 20–25. Kandemir N. 2009. Morphology, anatomy and ecology of critically endangered endemic Crocus pestalozzae Boiss. (Iridaceae) in North-West Turkey. Bangladesh J. Bot. 38 (2): 127-132.

280

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Karasawa K. 1942. On the leaf structure of Crocus observed in transverse sections and their chromosome numbers. Bot. Mag. Tokyo 56: 19–25. Manning J., Goldblatt P. 1991. Systematic and phylogenetic significance of the seed coat in the shrubby African Iridaceae, Nivenia, Klattia and Witsenia. Bot. Journ. Linn. Soc. 107: 387–404. Mosyakin S.L., Fedoronchuk M.M. 1999. Vascular plants of Ukraine: a nomenclatural checklist.: 31–33. M.G. Kholodny Institute of Botany, Kyiv. Nakamura J. 1943. Diagnostic characters of pollen grains. Sci. Rep. Tohuku Univ. 17 (4): 491–512.

Rudall P. 1991. Leaf anatomy and phylogeny of Ixioideae (Iridaceae). Bot. J. Linn. Soc. 106: 329–345. Shorina N.I. 1975. Leaf structure in some saffrons in association with the evolution of the genus Crocus L. Бюлл. МОИП, отдел Биол. 80: 117–125. Stern W.T. 1992. Botanical Latin. Oxford, London. Yildiz K., Cirpici A. 1998. Seed morphological studied of Silene L. from Turkey. Pak. J. Bot. 30 (2): 173-188. Yildiz K. 2002. Seed morphology Caryophyllaceae species from Turkey (North Anatolia). Pak. J. Bot. 34 (2): 161-171.

THE MICROMORPHOLOGICAL FEATURES OF GLADIOLUS IMBRICATUS L. (IRIDACEAE JUSS.) Sviltlana L. Zhygalova 1* & Oksana A. Futorna 1,2** Abstract. The aim of this study is to give a complete description of the surface structure of the leaves, seeds and pollen grains of Gladiolus imbricatus from the flora of Ukraine, and to investigate whether these characters are useful systematically. Key words: Gladiolus imbricatus, ultrastructure, lamina, seed, pollen grain Department of Systematics and Floristics of Vascular Plants, M.H. Kholodny Institute of Botany National Academy of Sciences of Ukraine, 2 Tereschenkivska str., 01001, Kyiv, Ukraine; * snizil@rambler.ru 2 O.V. Fomin Botanical Garden, Educational-Scientific Centre «Institute of Biology», National Taras Schevchenko University of Kyiv, Kyiv, 1 S. Petlyuri str., 01032, Kyiv, Ukraine; ** oksana_drofa@yahoo.com 1

Modern Phytomorphology 3: 281–286, 2013

УДК 581.821

СТРУКТУРА ПОВЕРХНІ ЛИСТКІВ ВИДІВ СЕКЦІЙ PREALTINA (GREMLI) SCHLJAK. ТА ECHININA (NAEG. ET PETER) SCHLJAK РОДУ PILOSELLA VAILL. ФЛОРИ КРИМУ Валерія С. Павленко-Баришева Анотація. Вперше досліджено ультраструтуру поверхні листкової пластинки на рівні секцій роду Pilosella флори Криму. Встановлено спільні для досліджених секцій ознаки (амфістоматичний тип листка, аномоцитний тип продихового апарату, наявність восків на поверхні, кутикули зморшкуватого типу), а також специфічні ознаки для кожної секції. Ключові слова: Pilosella, Prealtina, Echinina, листок, СЕМ, ультраструктура, флора Криму Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України, вул. Терещенківська, 2, Київ, 01601, Україна; 1zlaya@mail.ru

Вступ Рід Pilosella є одним із найчисленніших у світовій флорі. За останніми зведеннями (Euro+Med 2012; Ена 2012) у Криму рід налічує 13 видів. Цей рід вважається дискусійним і таксономічно складною групою. Анатомічна будова може допомогти при вирішенні теоретичних проблем, пов’язаних із обсягом виду та спорідненістю секцій (Ільїнська та Шевера 2003; Оптасюк 2006; Дремлюга та Футорна 2012). Анатомія представників цього роду досліджувалася мало, тому ми вважаємо її вивчення актуальним як для флори Криму, так і для світової флори. Матеріали і методи досліджень Для дослідження особливостей поверхні листків секцій Prealtina (Gremli) Schljak. та Echinina (Naeg. et Peter) Schljak роду Pilosella Vaill. флори Криму використовувалися матеріали, зібрані нами у 2011-2012 роках, а також відібрані у гербарії Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного (KW). © The Author(s), 2013

Зразки листків фіксувалися на латунному столику і напилялися тонким шаром золота у вакуумній камері, після чого досліджувалися з допомогою СЕМ JSM-6060 LA. Описи проводились з використанням загальноприйнятої термінології (Баранова 1985; Джунипер и Джеффри 1986; Chakrabarty & Mukherjee 1986). Для даних секцій опрацьовували матеріал, відібраний з різних точок ареалу. Досліджені зразки: Pilosella bauhini (Schult.) Arv.-Touv.: H. armeniacum (N.P.) Juxip ex Kotov Крым, г. Роман-Кош, 13.07.1961 (KW), P. filifera (Tausch) Schljak. Над Симеизом, 1 ЛП, опушка леса, 31.05.2011 (KW); P. megalomastix (N. P.) Schljak АР Крым, Алуштинский р-н, за с. Лаванда, пологий склон, 03.06.2011(KW); P. marginalis (N. P.) Schljak. АР Крым, сосновый лес над пгт Симеиз, 31.05.2011(KW); P. glaucescens (Bess.) Sojak Біля виноградників над Сімеїзом, 31.05.2011(KW); H. pseudauriculoides (N. P.) Juxip Симферопольский район, с. Донское, на правом берегу Бишберека, 08.09.1964 (KW); P. fastigiata (Tausch ex Naeg. et Peter) Schljak. Возле трассы Ялта – Севастополь,

282

Modern Phytomorphology 3 (2013)

над Симеизом, 31.05.2011(KW); P. cymantha (N. P.) Schljak За переездом, стю ж/д Остряково, 28.05.2012 (KW); За Черноморским, каменисте обнажения, 02.06.2012 (KW), P. limenyensis (Zahn) Schljak. Крим, с. Верхоречье, Бахчисарайский р-н, 13.06.1982 (KW). Pilosella echioides (Lumn.) Schultz et Sch. Bip.: H. asiatica (N. P.) Juxip Вершина Ай-Петри, біля метеостанції, відслонення вапняків, 20.05.1954 (KW), P. echioides (Lumn.) Schultz et Sch. Bip. Крым, Ай-Птеринская яйла, северный склон, 18.05.1959 (KW), P. malacotricha (N. P.) Schljak Окрестности Черноморского, Тарханкут 31.05.2012 (KW). P. procera (Fr.) Schultz et Sch. Bip.: Ленінский р-н, західні околиці с. Завадское, степ вздовж кліфи Азовського моря у напрямку на с. Каліянське, спорадично, 30.05.2011 (KW). Результати та їх обговорення Рід Pilosella у флорі Криму представлений трьома секціями: Pilosella, Prealtina, Echinina, а також видами гібридного походження. Найбільш розповсюдженими є представники секцій Pilosella та Prealtina. За останніми даними секція Prealtina включає один вид із двома підвидами, секція Echinina — два види. І. Секція Praealtina 1. Pilosella bauhini (Schult.) Arv.-Touv. subsp. bauhini Листок амфістоматичний. Контури клітин здебільшого чіткі, обриси звивисті. Клітини епідермісу мають потовщені бічні оболонки. Продихи аномоцитного типу, знаходяться на одному рівні з основними клітинами епідермісу, орієнтовані своєю довшою віссю вздовж центральної жилки листка. Замикаючі клітини продихів облямовані кутикулярним валиком. Адаксіальна поверхня. Опушення відсутнє. Рельєф поверхні – остеогребінчастий (Рис. 1). Воскові відклади у великій кількості, сформовані платсиноподібними кристалами (Рис. 1). Абаксіальна поверхня. На відміну від адаксіальної поверхні епідермісу, опушення

представлене поодинокими щетинистими та зірчастими трихомами. Рельєф поверхні – остеогребінчастий, зрідка горбкуватоостистий. Кількість продихів значно більша. Воскові відклади у великій кількості, представлені платсиноподібними кристалами. 2. Pilosella bauhini (Schult.) Arv.-Touv. subsp. magyarica (Peter) S. Bräut. Листок амфістоматичний. Контури клітин здебільшого не чіткі. Клітини епідермісу мають потовщені бічні оболонки. Продихи аномоцитного типу, на одному рівні із основними клітинами епідермісу, своєю довшою віссю орієнтовані вздовж центральної жилки. Замикаючі клітини продихів облямовані кутикулярним валиком. Адаксіальна поверхня. Опушення відсутнє. Рельєф поверхні — гребнеохоплюючий або остеоргебінчастий (Рис. 1). На поверхні також наявний у великій кількості віск, що представлений у вигляді суцільної кірки (Рис. 1) або пластиноподібних відкладень. Абаксіальна поверхня. Опушення представлене поодинокими щетинистими волосками, які розташовуються вздовж центральної жилки листка. Рельєф поверхні здебільшого гребнеохоплюючий, може бути остеогребінчастий. Кількість продихів значно більша. Воскові відклади у значній кількості, утворені, як і на адаксіальній поверхні, пластиноподібними кристалами. ІІ. Секція Echinina 3. Pilosella echioides (Lumn.) Schultz et Sch. Bip. subsp. echioides Листок амфістоматичний. Контури клітин чіткі. Клітини епідермісу мають потовщені бічні оболонки. Продихи аномоцитного типу, розташовані на одному рівні з основними клітинами епідермісу. Продихи не орієнтовані своєю довшою віссю відносно центральної жилки. Навколо продихів є добре виражений кутикулярний валик. Адаксіальна поверхня. Опушення представлене поодинокими щетинистими трихомами. Може бути присутнє поодиноке опушення зірчастими трихомами. Рельєф поверхні – остеоргебінчастий, у районі

Павленко-Баришева В.С. Ультраструктура листка видів Pilosella флори Криму А

283

Рис. 1. Рельєф листкової поверхні та типи воскових відкладів у секції Prealtina: А – остеогребінчастий рельєф (P. bauhini subsp. bauhini); Б – гребнеохоплюючий рельєф (P. bauhini subsp. magyarica); В – пластинки воску (P. bauhini subsp. bauhini); Г – кірка (P. bauhini subsp. magyarica). Fig. 1. Leaf surface and types of wax in section Prealtina: А – ossiform ridges surface (P. bauhini subsp. bauhini); Б – captorredger surface (P. bauhini subsp. magyarica); В – platelets of wax (P. bauhini subsp. bauhini); Г – crusts (P. bauhini subsp. magyarica).

центральної жилки – зморшкуватий. На поверхні у незначній кількості наявний віск, що представлений у вигляді пластиноподібних відкладень. Абаксіальна поверхня. На листковій пластинці, особливо вздовж центральної жилки, наявні щетинисті та, у невеликій кількості, зірчасті трихоми. Рельєф поверхні,

на відміну від адаксіальної поверхні – горбкувато-остеоргебінчастий. Кількість продихів значно більша, ніж на адаксільній поверхні. Воскові відклади подібні до адаксіальної поверхні і представлені пластиноподібними кристалами.

284 А

Modern Phytomorphology 3 (2013) Б

Рис. 2. Рельєф листкової поверхні та типи воскових відкладів у секції Echinina: А – горбкуватоостеоргебінчастий тип рельєфу (P. echioides subsp. proceriformis); Б – горбкуватий тип рельєфу (P. procera); В – горбкуватий тип рельєфу (P. echioides subsp. proceriformis = P. asiatica). Fig. 2. Leaf surface and types of wax in section Echinina: А – tuberculate-ossiform ridges surface (P. echioides subsp. proceriformis); Б – tuberculate surface (P. procera); В – tuberculate surface (P. echioides subsp. proceriformis = P. asiatica).

4. Pilosella echioides (Lumn.) F.W. Schultz et Sch. Bip. subsp. proceriformis (Nägeli et Peter) S. Bräut. et Greuter Листок амфістоматичний. Контури клітин чіткі. Клітини епідермісу мають потовщені бічні оболонки. Продихи аномоцитного типу, на одному рівні з основними клітинами епідермісу. Продихи не орієнтовані своєю довшою віссю відносно центральної жилки. Навколо продихів є добре виражений кутикулярний валик. Адаксіальна поверхня. Як і у попереднього підвиду, опушення представлене поодинокими щетинистими трихомами.

Може бути присутнє опушення поодинокими зірчастими трихомами. Рельєф поверхні – остеоргебінчастий, у районі центральної жилки – зморшкуватий. На поверхні у досліджуваних зразків виявлено пластинчастий віск у значній кількості. Абаксіальна поверхня. На листковій пластинці, особливо вздовж центральної жилки наявні щетинисті та у невеликій кількості зірчасті трихоми. Рельєф поверхні – горбкувато-остеоргебінчастий. Кількість продихів значно більша, ніж на адаксіальній поверхні. Воскові відклади подібні до адаксіальної поверхні і представлені також у

Павленко-Баришева В.С. Ультраструктура листка видів Pilosella флори Криму вигляді пластинчастих кристалів. Зразки, що були визначені як H. asiatica, позбавлені воскових відкладів, їх клітини мають чіткі, різко-звивисті обриси, тип рельєфу – горбкуватий. 5. Pilosella procera (Fr.) F.W. Schultz et Sch. Bip. Листок амфістоматичний. Контури клітин чіткі, проекції округлі. Клітини епідермісу мають потовщені бічні оболонки. Продихи аномоцитного типу, на одному рівні з основними клітинами епідермісу. Продихи не орієнтовані своєю довшою віссю відносно центральної жилки. Навколо продихів є добре виражений кутикулярний валик. Адаксіальна поверхня. Опушення представлене поодинокими щетинистими та зірчастими трихомами. Рельєф поверхні горбкуватий. На поверхні у значній кількості наявний пластинчастий віск. Може утворюватись кірка. Абаксіальна поверхня. На листковій пластинці, особливо вздовж центральної жилки наявні щетинисті та у значній кількості зірчасті трихоми. Рельєф поверхні – горбкувато-остеогребінчастий. Кількість продихів значно більша у порівнянні із адаксіальною поверхнею. Воскові відклади у меншій кількості, ніж на адаксіальній поверхні і представлені пластинчастии відкладами. Висновки У результаті порівняльного аналізу ультраструктури поверхні листкової пластинки видів секцій Prealtina та Echinina роду Pilosella флори Криму було виявлено, що ці види характеризуються амфістоматичним типом листка та наявністю воскових відкладів, а також аномоцитними продихами, що мають кутикулярний валик. Також було встановлено, що підвиди P. piloselloides subsp. bauhinia та subsp. magyarica характеризуються різними типами рельєфу поверхності листкової пластинки клітин (у subsp. bauhinia здебільшого остеоргебінчастий, а у subsp. magyarica – гребнеохоплюючий), обрисами клітин (у subsp. bauhinia – чіткі, а у subsp.

285

magyarica – нечіткі), а також характером воскових відкладів (для subsp. bauhinia характерні пластиноподібні різноспрямовані кристали, а для subsp. magyarica – кірка). Секція Echinina роду Pilosella флори Криму не є однорідною. Зокрема, для P. echioides не характерна наявність зірчастих трихом на адаксильній поверхні листкової пластинки, в той час як у P. procera дана поверхня в невеликій кількості опушена зірчастими трихомами. Також для виду P. echioides характерний остеоргебінчастий тип рельєфу, а для виду P. procera – горбкуватий. Воскові відклади в межах секції представлені кіркою (P. procera), пластинчастим типом воску (P. procera) із різноспрямованими пластинками (P. echioides). Кількість воску значно варіює в межах видів. Досліджені зразки H. asiatica, що відносяться до P. echioides subsp. proceriformis, мають відмінний від інших зразків тип рельєфу (горбкуватий) та обриси клітин (різко-звивисті), а також характеризуються відсутністю воскових відкладів. Використані джерела Баранова М.А. 1985. Классификации морфологических типов устьиц. Ботан. журн. 70: 1585–1594. Джунипер Б.Э., Джеффри К.Э 1986. Морфология поверхности растений. Агропромиз дат. Москва. Дремлюга Н., Футорна О. 2012. Структура поверхні листків видів секції Rapunculus L. (Fourr.) Boiss. роду Campanula L. флори України. Mod. Phytomorphol. 1: 103–106. Ена А.В. 2012. Природная флора Крымского полуострова. Н. Оріанда. Симферополь. Ільїнська А.П., Шевера М.В. 2003. Структура поверхні листка представників родів Berteroa DC., Descurainia Webb et Berth. та Capsella Medic. (Brassicaceae). Укр. ботан. журн. 60: 522–528. Оптасюк О.М. 2006. Ультраскульптура поверхности листовой пластинки видов рода Linum L. флоры Украины. Мат-лы I (IX) междун. конф. молод. ботан. (21-26 мая 2006 г., Санкт-Петербург): 178. Chakrabarty C., Mukherjee P.K. 1986. Studies on Bupleurum L. (Umbelliferae) in India II. SEM observations of leaf surfaces. Feddes Repert. 97: 489–496. Euro+Med 2012. Plant database. http://www. emplantbase.org/home.html

286

Modern Phytomorphology 3 (2013)

THE STRUCTURE OF THE LEAF SURFACE IN SPECIES FROM THE SECTIONS PREALTINA (GREMLI) SCHLJAK. AND ECHININA (NAEG. ET PETER) SCHLJAK FROM THE GENUS PILOSELLA VAILL. IN FLORA OF CRIMEA Valeria S. Pavlenko-Barysheva Abstract. At the first time the ultrastruture of leaf blade surface of representatives from the sections Prealtina and Echinina of the genus Pilosella in flora of Crimea was investigated. Common and specific features for studied species have been described. Key words: Pilosella, Prealtina, Echinina, leaf, SEM, ultrastructure, Crimean flora M.G. Kholodny Institute of Botany National Academy of Sciences of Ukraine, 2 Tereschenkivska str., Kyiv, 01601, Ukraine; 1zlaya@mail.ru

Modern Phytomorphology 3: 287–292, 2013

УДК 582.594.2:581.4

МІКРОМОРФОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ ЛИСТКА ВИДІВ РОДУ COELOGYNE LINDL. (ORCHIDACEAE JUSS.) ЗА УМОВ ОРАНЖЕРЕЙНОЇ КУЛЬТУРИ Олександр Г. Гиренко Анотація. Досліджено мікроморфологічну будову абаксіальної та адаксіальної поверхні листка рослин п’яти видів роду Coelogyne Lindl.: C. assamica Linden & Rchb.f., C. brachyptera Rchb.f., C. cumingii Lindl., C. fimbriata Lindl., C. lentiginosa Lindl. в умовах оранжерейної культури. Ключові слова: Coelogyne, Orchidaceae, листок, абаксіальна поверхня, адаксіальна поверхня, епідерма, продиховий апарат Національний ботанічний сад ім. М.М.Гришка НАН України, вул. Тімірязєвська, 1, Київ, 01014, Україна; o.gyrenko@gmail.com

Вступ Таксономічна цінність анатомостоматографічних ознак неодноразово підкреслювалась авторами робіт, присвячених мікроморфології поверхні листка та продихового апарату орхідних (Rasmussen 1987; Toscano de Brito 1998). Значно рідше результати порівняльних анатомостоматографічних досліджень розглядаються в екологічному аспекті, зокрема для оцінки адаптаційного потенціалу того чи іншого виду, що є надзвичайно актуальним при інтродукції тропічних рослин за умов штучного клімату (Буюн 2011). Тому метою нашого дослідження було дослідити мікроморфологічну будову поверхні листка п’яти видів тропічних орхідних, що належать до роду Coelogyne Lindl., та оцінити можливість використання стоматографічного аналізу для прогнозування адаптаційної здатності цих рослин за умов оранжерейної культури. Основну увагу було приділено з’ясуванню кількісних критеріїв будови абаксіальної та адаксіальної поверхні листка (щільність продихів, кількість основних епідермальних © The Author(s), 2013

клітин на одиницю поверхні, розміри епідермальних клітин та продихів). Рід Coelogyne нараховує понад 200 видів, поширених у Південно-Східній Азії з основними центрами видової різноманітності на Борнео, Суматрі та в Гімалаях. Переважна більшість видів роду – епіфіти, які трапляються у первинних лісах на висоті до 3000 м н.р.м. (Gravendeel 2000). В колекції тропічних орхідних Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка цей рід представлений 20 видами. Матеріали і методи досліджень Об’єктами нашого дослідження були рослини п’яти видів роду Coelogyne: C. assamica Linden & Rchb.f. (sect. Fuscescentes), C. brachyptera Rchb.f. (sect. Brachypterae), C. cumingii Lindl. (sect. Coelogyne), C. fimbriata Lindl. (sect. Fuliginosae), C. lentiginosa Lindl. (sect. Lentiginosae). Види представляють п’ять різних секцій роду Coelogyne (Gravendeel 2000). Для дослідження було використано середню частину листкової пластинки. Порівняльний аналіз продихового апарату

288

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Гиренко О.Г. Мікроморфологія листка видів Coelogyne та епідермальних клітин проводили за допомогою світлового мікроскопа Carl Zeiss Primo Star (Carl Zeiss, Jena, Німеччина), устаткованого цифровим фотоапаратом Canon PowerShot A640. Кількість клітин та продихів на одиницю поверхні листка визначали за допомогою реплік у 10-15-разовій повторності, з розрахунком на 1 мм2. Виміри проводили з використанням ліцензійної програми AxioVision Rel. 4.7 (Carl Zeiss, Jena, Німеччина). У роботі використана класифікація морфологічних типів продихів М.О. Баранової (Баранова 1985). Статистична обробка проведена за допомогою стандартного пакету аналізу Microsoft Ofiice Excel 2007. Результати та їх обговорення Клітини епідерми адаксіальної та абаксіальної поверхні листка мають квадратну, прямокутну, 5-6-кутну або багатокутну форму, антиклінальні стінки прямі або дещо вигнуті (Рис. 1 А, B). Кутикула гладенька або структурована. «Кутикулярний рисунок» чіткіше виражений на абаксіальній поверхні листка. Поодинокі трихоми відмічені у всіх видів з обох боків листкової пластинки (Рис. 1). У рослин всіх досліджених видів листок гіпостоматичний – продихи розміщені лише на абаксіальній поверхні листка (Рис. 1 B). Продиховий апарат тетрацитного типу, має єдиний план будови. Продихи овальні, на поверхні листка розміщені хаотично (C. cumingii, C. fimbriata, C. assamica, C. lentiginosa), або утворюють невеликі (2-3 продихи) групи (C. brachyptera). Замикаючі клітини оточені чотирма побічними клітинами – двома полярними і двома латеральними, які відрізняються від основних епідермальних клітин тим, що дещо виступають над поверхнею листка. У більшості видів довга вісь продиха розташована паралельно

289

середній жилці листка (Рис. 1 B). Отримані нами дані показали, що найбільша серед досліджуваних видів щільність продихів характерна для C. lentiginosa (42,50±1,50), найменша – для C. brachyptera (12,78±0,59 ) (Рис. 2). Розміри продихів варіюють у широких межах. Зокрема, їх довжина змінюється від 37,11±0,63 мкм у C. assamica до 72,89±1,04 мкм у C. lentiginosa, що цілком узгоджується з літературними даними стосовно розмірів продихів у інших видів орхідних (Zarinkamar 2006) (Рис. 3). Як видно з Рис. 3, у чотирьох видів довжина продихів переважає над їх шириною; лише у C. assamica продихи мають більшу ширину, ніж довжину. Довжина продихової щілини в межах досліджуваних видів Coelogyne становить від 12,90±1,21 мкм у C. lentiginosa до 30,76±0,35 мкм у C. cumingii. При цьому кореляції між розмірами продихів та продихової щілини нами виявлено не було: найменша продихова щілина була відмічена у виду з найбільшими продихами (C. lentiginosa), а найбільша – у C. cumingii, для якого притаманні й великі продихи (Рис. 3). Різними авторами (Rasmussen 1987; Zarinkamar 2006) було відмічено наявність кореляції між розмірами продихів та типом місцезростання різних видів орхідних: епіфіти, як правило, мають менші продихи, ніж наземні види. Разом з тим, як свідчать результати проведених нами досліджень, у межах дослідженої групи розміри продихів істотним чином варіюють, незважаючи на те, що всі види є епіфітами (Gravendeel 2000). Дані щодо кількості основних епідермальних клітин на 1 мм² адаксіальної та абаксіальної поверхні листкової пластинки представлені на Рис. 4. Істотна різниця за цим показником була відмічена між C. brachyptera і C. lentiginosa. У останнього виду кількість клітин на одиниці поверхні листка втричі

◀ Рис. 1. Адаксіальна (А) та абаксіальна (B) поверхня листка досліджених видів Coelogyne: a – C. assamica; b – C. brachyptera; c – C. cumingii; d – C. fimbriata; e – C. lentiginosa. ◀ Fig. 1. Adaxial (A) and abaxial (B) leaf surfaces of Coelogyne species studied: a – C. assamica; b – C. brachyptera; c – C. cumingii; d – C. fimbriata; e – C. lentiginosa.

290

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Рис. 2. Щільність продихів у рослин досліджених видів Coelogyne (шт./мм²). Fig. 2. Stomata density in studied Coelogyne species (number per mm2).

більша, у порівнянні з C. brachyptera, що, очевидно, можна вважати ознакою екологічної диференціації. Так, для орхідних було встановлено, що найбільші за розмірами епідермальні клітини характерні для листків наземних видів, зокрема Paphiopedilum Pfitz. (Rasmussen 1987), в той час як дрібні епідермальні клітини притаманні рослинам відкритих місцезростань. В результаті кореляційного аналізу між парами ознак найвищий коефіцієнт кореляції нами було виявлено між кількістю основних епідермальних клітин адаксіальної та абаксіальної поверхні листка та між кількістю основних епідермальних клітин нижнього епідермісу і кількістю продихів. Так, наприклад, у C. brachyptera при найменшій кількості продихів ми спостерігали найбільші основні епідермальні клітини (91,82±1,88 мкм), розміри яких перевищують розміри епідермальних клітин C. fimbriata (49,06±1,05 мкм) майже вдвічі. Інші види за цим показником займають проміжне положення. Висновки Порівняльне дослідження епідермальних клітин та продихового апарату листка п’яти видів роду Coelogyne показало, що за мікроморфологічними ознаками поверхні

листка досліджені види складають досить однорідну групу. Найхарактернішими ознаками цих видів є листок гіпостоматичного типу та продиховий апарат тетрацитного типу. Разом з тим, варіювання щільності продихів, їх розмірів, кількості основних епідермальних клітин на одиницю поверхні, очевидно, є свідченням того, що умови зростання рослин дослідних видів in situ (всі вони належать до групи епіфітів), є надзвичайно різноманітними й відрізняються рядом екологічних факторів. Гіпостоматичність, як правило, притаманна мезофітним видам. Ознаками, що свідчать про приналежність рослин дослідних видів Coelogyne до групи мезофітів, є також відносно великі, у порівнянні з іншими видами орхідних, продихи, характер їх розташування (припідняті над рівнем поверхні листка), а також великі епідермальні клітини. Оскільки точні описи місць природного зростання орхідних зустрічаються в літературі досить рідко, дані щодо анатомічної будови листка дослідних видів Coelogyne дадуть змогу поглибити їх екологічну характеристику та сприятимуть створенню оптимальної технології культивування, що забезпечить тривале збереження колекційних зразків за умов оранжерейної культури. Отримані дані свідчать про те, що рослини дослідних видів є мезофітами, тобто за умов оранжерейної

Гиренко О.Г. Мікроморфологія листка видів Coelogyne

291

Рис. 3. Розміри продихів (мкм). Рис. 3. Sizes of stomata (μм).

Рис. 4. Кількість основних епідермальних клітин на адаксіальній і абаксіальній поверхнях листкової пластинки видів Coelogyne (шт./мм2). Fig. 4. Density of epidermal cells on adaxial and abaxial leaf surfaces of Coelogyne species (number per mm2).

культури вони потребують достатнього зволоження і притінення протягом літнього періоду. Використані джерела Баранова М.А. 1985. Классификация морфологических типов устьиц. Ботан. журн. 70: 1585–1595. Буюн Л.І. 2011. Тропічні орхідні (Orchidaceae Juss.): репродуктивна біологія та структурнофункціональні адаптації за умов збереження ex situ: автореф. дис. на здобуття вчен. ступеня доктора біол. наук : спец. 03.00.05 «Ботаніка». Київ.

Gravendeel B. 2000. Reorganising the orchid genus Coelogyne: a phylogenetic classification based on morphology and molecules. Leiden University, Leiden. Rassmussen H.N. 1987. Orchid stomata: structure, differentiation, function and phylogeny. In: Arditti J. (ed.), Orchid biology. Reviews and rerspectives 10: 105–138. Toscano de Brito A.L.V. 1998. Leaf anatomy of Ornithocephalinae (Orchidaceae) and related subtribes. Lindleyana 13 (4): 234–258. Zarinkamar F. 2006. Density, size and distribution of stomata in different monocotyledons. Pakistan J. Biol. Sci. 9 (9): 1650–1659.

292

Modern Phytomorphology 3 (2013)

MICROMORPHOLOGY OF LEAF SURFACE OF COELOGYNE LINDL. SPECIES (ORCHIDACEAE JUSS.) IN GREENHOUSE CONDITIONS Alexander G. Gyrenko Abstract. The micromorphological characteristics of both adaxial and abaxial leaf surfaces of the plants of five Coelogyne Lindl. species (C. assamica Linden & Rchb.f., C. brachyptera Rchb.f., C. cumingii Lindl., C. fimbriata Lindl., C. lentiginosa Lindl.) under glasshouse conditions have been described. Key words: Coelogyne, Orchidaceae, leaf, adaxial surface, abaxial surface, epidermis, stomata M.M. Gryshko National Botanical Garden NAS of Ukraine; 1 Timiryazevskaya str., Kyiv, 01014, Ukraine; o.gyrenko@gmail.com

Modern Phytomorphology 3: 293–296, 2013

УДК 582.594.2:581.4

АДАПТИВНІ ЗМІНИ ПОВЕРХНІ ЛИСТКА ТРОПІЧНОЇ ОРХІДЕЇ CATTLEYA GASKELLIANA (N.E.BR.) B.S. WILLIAMS ПРИ ЗМІНІ УМОВ КУЛЬТИВУВАННЯ (IN VITRO → EX VITRO) Людмила І. Буюн Анотація. Мікроморфологічні особливості поверхні листкових пластинок ювенільних рослин Cattleya gaskelliana, розмножених з насіння у культурі in vitro, а також генеративних особин, вирощених в умовах оранжерейної культури, були досліджені за допомогою сканувальної електронної мікроскопії (CEM). Як у ювенільних, так і у генеративних рослин листки гіпостоматичні; продиховий апарат тетрацитного типу. Поодинокі продихи на адаксіальній поверхні листка було відмічено лише у ювенільних рослин. Встановлено, що у процесі адаптації ювенільних рослин до умов оранжерейної культури відбуваються наступні зміни у будові поверхні листка: 1) змінюється конфігурація епідермальних клітин; 2) зменшуються їхні розміри; 3) збільшується щільність та розміри продихів. Очевидно, що структурні зміни поверхні листка можна розглядати як пристосування, що забезпечує зниження рівня транспірації протягом періоду акліматизації ювенільних рослин C. gaskelliana до оранжерейних умов. У випадку, коли анатомостоматографічні характеристики листків C. gaskelliana in vitro та in vivo (щільність продихів/мм2, продиховий індекс, кількість основних епідермальних клітин/мм2) були порівнюваними, коефіцієнт акліматизації ювенільних рослин становив понад 95%. Ключові слова: Cattleya gaskelliana, Orchidaceae, мікроморфологія, листкова пластинка, епідермальні клітини, продиховий апарат, in vitro, ex vitro Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, вул. Тімірязєвська, 1, Київ, 01014; orchids.lyuda@gmail.com

Вступ Однією з найважливіших складових системи заходів з охорони тропічних рослин поза межами їх природного зростання є наявність ефективних методів розмноження у культурі (Черевченко и др. 2008). Для представників родини Orchidaceae, яким притаманна залежність від грибівмікоризоутворювачів та морфологофізіологічна редукція зародка, єдиним ефективним методом розмноження ex situ є застосування методу асимбіотичного розмноження in vitro. Умови у культиваційних ємностях in vitro обумовлюють формування ювенільних рослин зі змінами анатомічної будови листків та їх продихового апарату, що призводить до певних змін водного статусу, а інколи й до загибелі рослин при адаптації до оранжерейних умов (Hazarika 2006). Разом з тим, дослідження зосереджені переважно © The Author(s), 2013

на оптимізації етапів розмноження тропічних орхідних in vitro, тоді як особливості адаптації ювенільних рослин при зміні умов in vitro → ex vitro було досліджено значно менше (Torres et al. 2006; Черевченко и др. 2008; Буюн 2011). Тому метою даного дослідження було провести порівняльний анатомостоматографічний аналіз листків ювенільних рослин C. gaskelliana, а також дорослих рослин, що культивуються в умовах оранжерейної культури, для з’ясування напрямків структурної адаптації рослин при зміні умов in vitro → ex vitro. Матеріали і методи досліджень Як модельний об’єкт нами був обраний вид тропічних орхідних Cattleya gaskelliana (N.E.Br.) B.S. Williams, що належить до однієї з найчисельніших

294

Modern Phytomorphology 3 (2013)

підтриб Orchidaceae (Epidendroideae) – Laeliinae. Це епіфітний вид, що поширений на північному сході Венесуели на висоті 750-1000 м над р.м. (Pridgeon et al. 2005). Квітки всіх видів роду Cattleya відзначаються високою декоративністю, внаслідок чого їхні природні популяції потерпають в результаті колекціонування рослин. У дослідженні використані листки ювенільних рослин C. gaskelliana, розмножених у культурі in vitro з насіння, а також листки генеративних рослин з оранжерейної колекції Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України. Порівняльний аналіз продихового апарату та епідемальних клітин проводили за допомогою методу сканувальної електронної мікроскопії (СЕМ). Підготовку зразків для дослідження поверхні листкової пластинки проводили за традиційною для растрової електронної мікроскопії схемою. Зразки досліджували за допомогою сканувальних електронних мікроскопів РЕММА-102 АТ (SELMI, Україна) і GSM-6700F (JEOL, Японія). Результати та їх обговорення Листки гіпостоматичні; продиховий апарат тетрацитного, рідше – енциклоцитного типу (Баранова 1985); у ювенільних і дорослих рослин має однаковий план будови. Побічні клітини паралельні до замикаючих клітин і відрізняються від основних епідермальних клітин за формою та розмірами. Продихи розташовані хаотично або утворюють невеликі групи. Досить часто зустрічаються суміжні продихи зі спільними побічними клітинами. Поодинокі продихи на адаксіальній поверхні листків були виявлені лише у ювенільних рослин у культурі in vitro. По краях листків продихи відсутні. Клітини верхнього епідермісу листків ювенільних рослин прямокутні або неправильної форми; стінки переважно прямі або дещо вигнуті (Рис. 1 А). Клітини нижнього епідермісу багатокутні, неправильної форми; стінки прямі або вигнуті (Рис. 1 Б). У останньому випадку довга вісь

клітин у два або більше разів перевищує коротку. Кількість основних епідермальних клітин на абаксіальній поверхні листків ювенільних рослин майже вдвічі більша, ніж на їх адаксіальній поверхні (794,5±62,7 і 413,1±23,0 на 1 мм2 відповідно). На адаксіальній поверхні листків дорослих рослин через добре розвинену кутикулу контури клітин не розрізняються (Рис.1 В), що не дало нам змоги описати їх конфігурацію та провести підрахунок кількості клітин на одиницю поверхні листка. Клітини нижнього епідермісу листка дорослих рослин здебільшого багатокутні; кути у суміжних межах прямі або загострені (Рис.1 Г). Порівняльне дослідження поверхні листків C. gaskelliana in vitro та in vivo показало, що листки дорослих рослин відрізняються від листків ювенільних рослин більшою кількістю основних епідермальних клітин на абаксіальній поверхні листка (794,5±62,7 і 413,1±23,0 на 1 мм2 відповідно), а також щільністю продихів (95,15±6,9 проти 29,93±1,6 на 1 мм2). У ювенільних рослин продихи мають майже округлу, у дорослих – овальну форму (Рис. 2). Форма продихових щілин на листках in vitro та in vivo також різна: у ювенільних рослин вони округлі (Рис. 1 А), а у дорослих рослин − овальні (Рис.1 Б). Замикаючі клітини продихів на листках дорослих рослин вкриті кутикулою. Довга вісь продихів листків ювенільних рослин розташована паралельно середній жилці листків, тоді як у генеративних особин − перпендикулярно до неї. Довжина продихів становить 23,57±0,52 мкм у рослин з культури in vitro і 27,65±0,74 – у дорослих рослин; ширина – 23,25±0,55 мкм і 29,73±0,71 мкм відповідно. У ювенільних рослин продихи виступають над поверхнею листка (Рис. 2 А); натомість у дорослих рослин вони розташовані у неглибоких криптах – дещо нижче епідермальної поверхні (Рис.2 Б), що можна пояснити відмінностями у швидкості транспірації рослин за умов різного водного режиму. При культивуванні рослин in vitro спостерігається збільшення продихового індексу – від 3,54% у рослин у віці шести

Буюн Л.І. Адаптивні зміни поверхні листка Cattleya gaskelliana A

295

Рис. 1. Ультраструктура поверхні епідермісу листкової пластинки Cattleya gaskelliana in vitro (А, Б) та in vivo (В, Г). А, В – адаксіальна поверхня; Б, Г – абаксіальна поверхня. Fig. 1. Ultrastructure of epidermis from leaf surface of Cattleya gaskelliana in vitro (А, Б) and in vivo (В, Г): А, В – adaxial surface; Б, Г – abaxial surface.

місяців до 6,77% – у рослин віком 14 місяців (готові до перенесення в оранжерейні умови). У випадку, коли анатомо-стоматографічні характеристики листків C. gaskelliana in vitro та in vivo (щільність продихів/мм2, продиховий індекс, кількість основних епідермальних клітин/мм2) були порівнянними, коефіцієнт акліматизації ювенільних рослин становив понад 95%. Висновки На наш погляд, структура епідерми може бути використана як біологічний маркер адаптаційної здатності рослин при зміні умов in vitro→ ex vitro, а, отже, дані порівняльного анатомо-стоматографічного дослідження

поверхні листка фотоміксотрофних і фототрофних рослин можна використовувати для прогнозування успішності акліматизації ювенільних рослин до умов оранжерей. Дослідження адаптивних реакцій тропічних орхідних має велике значення для розробки оптимальних біотехнологій з метою довготривалого зберігання колекційних зразків за умов оранжерейної культури і культури in vitro. Подяки Автор висловлює щиру вдячність співробітникам відділу тропічних і субтропічних рослин НБС НАН України І.В. Гурненку, к.б.н. І.Ю. Мальцову,

296

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Рис. 2. Продихи на абаксіальній поверхні листкової пластинки Cattleya gaskelliana in vitro (А) та in vivo (Б). Fig. 2. Stomata on abaxial epidermis from leaf surface of Cattleya gaskelliana in vitro (А) and in vivo (Б).

М.М. Маринюк за допомогу при проведенні досліджень, а також д.б.н. Р.В. Іваннікову – за надані зразки розмножених у культурі in vitro рослин. Використані джерела Баранова М.А. 1985. Классификация морфологических типов устьиц. Ботан. журн. 70: 1585–1595. Буюн Л.І. 2011. Тропічні орхідні (Orchidaceae Juss.): репродуктивна біологія та структурнофункціональні адаптації за умов збереження ex situ: автореф. дис. на здобуття вчен. ступеня доктора біол. наук : спец. 03.00.05 «Ботаніка». Київ.

Черевченко Т.М., Лаврентьева А.Н., Иванников Р.В. 2008. Биотехнология тропических и субтропических растений in vitro. Наукова думка, Київ. Hazarika B.N. 2006. Morpho-physiological disorders in in vitro culture of plants. Scientia Horticulturae 108 (2): 105–120. Pridgeon A.M., Cribb P.J., Chase M.W. et al. (eds). 2005. Genera Orchidacearum. Volume 4. Epidendroideae. Part 1. Oxford University Press, Oxford. Torres Jh., Laskowski L., Sanabria M. 2006. Environmental effect during growth on anatomical characteristics of leaf epiderm in Cattleya jenmanii Rolfe. Bioagro 18 (2): 93–99.

ADAPTATIVE CHANGES OF LEAF SURFACE OF TROPICAL ORCHID CATTLEYA GASKELLIANA (N.E.BR.) B.S. WILLIAMS AFTER TRANSFERRING FROM IN VITRO TO EX VITRO CONDITIONS Lyudmila I. Buyun Abstract. The leaf surface micromorphology of Cattleya gaskelliana juvenile plants, propagated in vitro from seeds, as well as of adult plants, cultivated in glasshouse, was analyzed by scanning electron microscopy (SEM). The leaves of both juvenile and adult plants are hypostomatic, their stomata are of tetracytic type. It was found that development of single stomata on the adaxial leaf surface of juvenile plants was induced by in vitro conditions. During the acclimation of in vitro propagated plants to glasshouse conditions the following changes of leaf surface micromorphology have been observed: 1) configuration of epidermal cells changed; 2) dimensions of typical epidermal cells reduced; 3) stomata density and their dimensions increased. The results suggest that structural changes, probably, can be regarded as an adaptation to avoid excessive rate leaf transpiration during a period of C. gaskelliana juvenile plants acclimation to glasshouse conditions. In the case when micromorphological leaf characteristics (stomata density per mm2, stomatal index, epidermal cells number per mm2) of in vitro propagated plants of C. gaskelliana were comparable to those of adult plants, survival rate was more than 95%. Key words: Cattleya gaskelliana, Orchidaceae, leaf surface, micromorphology, epidermal cells, stomatal apparatus, in vitro, ex vitro M.M. Gryshko National Botanic Garden, NASU, 1 Timiryazevska str., Kyiv, 01014, Ukraine; orchids.lyuda@gmail.com

Modern Phytomorphology 3: 297–319, 2013

УДК 581.9 (477)

RANUNCULACEAE ЗАХІДНОЇ УКРАЇНИ. І. КЛЮЧ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ВИДІВ Андрій В. Новіков Анотація. В даній публікації представлено ключ родини Ranunculaceae для території Львівської, Закарпатської, Рівненської, Волинської, Івано-Франківської, Чернівецької, Тернопільської та Хмельницької областей України. Наведений ключ включає 102 види і розроблений з урахування сучасної таксономії родини та новітніх даних по систематиці її представників. Ключ пропрацьовано до рівня видів, проте в окремих випадках додатково подано коментарі щодо внутрішньовидової структури таксонів. Визначник доповнено короткою інформацією щодо поширення видів, їх декоративного значення та охорони. Ключові слова: Ranunculaceae, Західна Україна, визначник Державний природознавчий музей НАН України, Театральна 18, Львів, 79008, Україна; novikoffav@gmail.com

Вступ Необхідність створення нового ключа для родини Ranunculaceae для території Західної України була обумовлена, в першу чергу, значним поступом таксономічних досліджень (Tutin et al. 1964; Tutin & Chater 1993; Hoot 1991, 1995; Tamura 1990, 1993, 1995; Цвелев 2001; Takhtajan 2009) її представників від часу виходу у друк останніх узагальнених визначників для флори України (Чопик 1977; Прокудин 1987). З іншого боку, така необхідність була обумовлена відсутністю завершеного сучасного опрацювання флори України водночас з присутністю цілої низки нових таксономічних і флористичних публікації (Ворошилов 1990; Uteli et al. 2000; Starmühler & Mitka 2001; Starmühler 2002; Mitka 2003, 2008; Hörandl et al. 2005; Paun et al. 2005, 2008; Новіков 2009, 2010; Ronikier 2010; Emadzade 2011; Hörandl & Emadzade 2011, 2012; Jabbour & Renner 2011, 2012; Mitka & Novikoff 2011; Novikoff & Mitka 2011; Новіков та Мітка 2011а, b). © The Author(s), 2013

Цей ключ розроблено з урахуванням 1885; літературних даних (Thomé Zapałowicz 1908; Hegi 1912; Szafer 1927; Ascherson & Graebner 1929; Комаров и Шишкин 1937; Dostal 1954, 1989; Holub 1956; Beldie 1977; Futák & Bertová 1982; Стойко та ін. 1982; Szafer et al. 1988; Hejný & Slavík 1988; Jalas & Suominen 1989; Tasenkevich 1998; Mosyakin & Fedoronchuk 1999; Цвелев 2001; Кобів 2004; Fischer et al. 2008; Rutkowski 2008; Rothmaler 2009), існуючих електронних баз даних (The Plant List 2010; Flora Europaea Database 2012; IPNI 2012) та опрацьованого гербарного матеріалу до рівня видів. Оскільки у більшості випадків, як показує досвід, достатньо ідентифікувати зразок саме до рівня виду. А при необхідності більш детальної ідентифікації можна скористатися рядом поглиблених наукових праць (Reichenbach 1838; Domin 1929; Gáyer 1930; Ворошилов 1945; Cook 1963; Seitz et al. 1972; Skalický 1982, 1985, 1990; Ziman et al. 2004, 2005). При створенні ключа було використано як вітчизняні, так і закордонні наукові публікації, перелік яких подано у списку використаних джерел. За

298

Modern Phytomorphology 3 (2013)

основу при створенні ключа було обрано систему родини, представлену у Flora Europaea (Tutin & Chater 1993), латинські назви таксонів вивірено згідно цитувань баз даних theplantlist.org та ipni.org. (The Plant List 2010; IPNI 2012), українські назви – згідно Кобів (2004). Ключ містить 102 види, підтверджені або такі, що потенційно можуть бути віднайдені на території Львівської, Закарпатської, Рівненської, Волинської, Івано-Франківської, Чернівецької, Тернопільської та Хмельницької областей України. Список скорочень Б.-м. – більш-менш Берн. конв. – Бернська конвенція (1999) Брч. – багаторічник Дек. – декоративний Дер. – деревні Зав. – зав’язі Завш. – завширшки К. – корені Кв. – квітки, квіткові Квл. – квітколоже Квн. – квітконіжки Крщ. – кореневища Л. – листки, листкові Л. оцв. – листочки оцвітини Мат. – маточки, маточкові Нас. – насінини Нект. – нект., нектарникові Орч. – однорічник Охорон. – охороняється Оцв. – оцвітина Пел. – пелюстки Пл. – плоди Прикв. – приквітки Приквч. – приквіточки Прим. – Примітка Р. – рослини Ст. – стебла, стеблові Суцв. – суцвіття Тич. – тичинки, тичинкові Трав. – трав’яні ЧКУ – Червона книга України (2009) Чаш. – чашечка Чшл. – чашолистки

Caltha L. – Калюжниця Кв. крупні, зібрані у малоквіткові закриті тирси. Оцв. жовта, л. оцв.овальні або округлі. Мат. багато. Зрілі листянки видовжені, сильно вигнуті назовні, поступово звужуються у гачкувато загнуті стовпчики, низові л. трикутно-ниркоподібні – subsp. cornuta (Sch., Nym. et Cot.) Hegi. Зрілі листянки б.-м. рівні, різко звужуються у короткий відігнутий стовпчик, низові л. трикутноокруглі – subsp. palustris. Ст. прямостоячі або повзучі, голі. Трав. р., Брч., 15-50(60) см, IV-VI. .............. 1. К. болотна – C. palustris L. На мокрих луках і болотах звичайно у Карпатах та на рівнині. Trollius L. – Купальниця Кв. крупні (3-5 см у діаметрі), переважно поодинокі, кулясті. Оцв. жовта. Мат. багато. Пл. – листянка. Л. пальчасто-розсічені, долі л. пластинки – широкі, клиноподібні. Ст. голі, прямостоячі. Зав. – 4,5-10 мм, стовпчики – 0,5-2 мм, ст. високі (40-70 см), з л. – subsp. europaeus. Зав. – 4,5‑7 мм, стовпчики – 3-5 мм довжиною, ст. низькі (20-40 см), майже без л. – subsp. transsilvanicus (Schur.) Domin. Трав. р., Брч., 15(20)-60(80) см, V-VI(VII). .................. 1. К. європейська – T. europaeus L. На вологих луках, узліссях та заростях. T. europaeus subsp. europaeus – звичайно у Карпатах та на рівнині. T. europaeus subsp. transsilvanicus – рідко у високогір’ї Карпат. Інколи культивується. Helleborus L. – Морозник 1. Оцв. біла. Кв. великі, по 1-3 на пагоні. Ст. л. виключно яйцеподібні, цільнокраї. Прикореневі л. розсічені, зимуючі. Трав. р., Брч., до 30 см, (I)II-IV. ......................................... ................................... 1. М. чорний – H. niger L. Дек. р., інколи зустрічається здичавілою у природі. – Оцв.

червонувата

або

зелена,

Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів інколи з фіолетовим відтінком зсередини. Ст. л. розсічені або роздільні, подібні до прикореневих. Прикв. пильчасті. Прикореневі л. розсічені, не зимують ............................... 2 2. Оцв. червонувата, з фіолетовим відтінком зсередини. Мат. до 30 мм, стовпчики – до 12 мм. Прикореневі л. знизу опушені, з виступаючими головними жилками. Трав. р., Брч., 20-40 см, (II)III-IV. ...................................... 2. М. червонуватий – H. purpurascens W. et K. У лісах та узліссях, інколи у чагарниках. У Карпатах та на рівнині, інколи культивується як дек. р. – Оцв. зелена або жовто-зелена. Прикореневі л. знизу голі або слабко опушені, без виступаючих жилок ...................................... 3 3. Л. оцв. широко-яйцеподібні, налягають краями один на одного. Мат. 25‑30 мм, стовпчики – до 10 мм. Прикореневі л. та прикв. гостро пильчастокраї. Суцв. 1-3‑квіткові. Трав. р., Брч., (25)30‑40(50) см, (II)III-IV. .............. 3. М. зелений – H. viridis L. Рідко культивується як дек. р., інколи зустрічається здичавілою у природі. Переважно у Лісостепу. – Л. оцв. вузько-яйцеподібні, вільні або ж налягають лише основами. Мат. 15-18 мм, зігнуті стовпчики довші за них (20‑25 мм). Кв. поодинокі, верхівкові. Трав. р., Брч., до 45 см, II-III. ............................................................... 4. М. чагарниковий – H. dumetorum W. et K. Культивується як дек. р., інколи зустрічається здичавілою у природі. У Прикарпатті та Лісостепу. Callianthemum C.A. Meyer – Рутовик Кв. поодинокі. Оцв. біла, всередині жовта або рожева. Пел. 5-20, з нект. при основі. Чшл. – 5. Горішків багато, 4,5‑5 мм завдовжки, яйцеподібні, зморшкуваті, з короткими ніжками; їх дзьобики (стовпчики) короткі, гачкуваті. Базальні л. черешкові, пірчастоскладні, з широкими лопатевими

299

листочками. Нижні ст. л. черешкові, пірчасторозсічені. Верхні ст. л. сидячі, лопатеві або розсічені. Трав. р., Брч., 5-35 см, VII-VIII. ................................................................... 1. Р. коріандролистий – C. coriandrifolium Rchb. На вологих скелях, а також вздовж гірських потоків, переважно у субальпійському поясі Карпат. Дуже рідко. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009). Eranthis Salisb. – Веснянник Кв. 20-30(40) мм у діаметрі. Оцв. жовта, оточена покривалом з 3 сидячих розсічених ст. л. Пел. багато, у вигляді лійчастих дволопатевих нект., коротші за тич. Чшл. зазвичай 6, жовті, пелюсткоподібні. Листянок зазвичай 6, на коротких ніжках, ~15 мм завдовжки. Базальні л. черешкові, 5-розсічені. Ст. і л. голі. Бульби продовгасті. Трав. р., Брч., 5-15 см, II-III. ............................................................ ............ 1. В. зимовий – E. hyemalis (L.) Salisb. Культивується як дек. р. Nigella L. – Чорнушка 1. Кв. огорнута розсіченими прикв., довшими за л. оцв. Оцв. світло-блакитна, біла або рідше рожева. Мат. повністю зрослі, гладкі. Л. лінійчасто розсічені, продовгасті. Трав. р., Орч., (15)20-30(45) см, V-VIII. ........... ....................... 1. Ч. дамаська – N. damascena L. Дек. р., інколи зустрічається у природі на сухих ділянках. – Кв. не огорнута прикв. Л. лінійчасто розсічені, яйцеподібні у загальному обрисі. ... 2 2. Мат. голі, зрослі між собою до середини, плавно переходять у стовпчики. Нект. опушені. Трав. р., Орч., (10)15‑30(45) см, VI-IX. ....................................... .............................. 2. Ч. польова – N. arvensis L. На полях та сухих схилах, у посівах у всіх районах, інколи у культурі як дек. р. – Мат.

вкриті

бородавчастими

300

Modern Phytomorphology 3 (2013)

залозками, повністю зрослі між собою, перехід у стовпчики різкий. Нект. голі. Трав. р., Орч., (10)15-40(50) см, VI-IX. ........................... ............................... 3. Ч. посівна – N. sativa L. Культивується як дек. р., інколи дичавіє. По всіх районах. Isopyrum L. – Рівноплідник Кв. білі, дрібні, на видовжених квн. Зав. гачкувато опушені, з загнутими стовпчиками. Л. трійчасто-розсічені з обернутояйцеподібними сегментами л. пластинки. Трав. р., Орч., 10-30 см, ІV. .................................... .......... 1. Р. рутвицелистий – I. thalictroides L. Ранньовесняні р. У Карпатах часто, на Поліссі та у Лісостепу – спорадично. Actaea L. – Воронець Кв. дрібні, зібрані у короткі поодинокі китиці. Оцв. біла або жовтувата. Л. оцв. овальної форми. Пл. – чорні ягоди. Л. 3-5-пірчасто розсічені, з неприємним запахом. Ст. прямостоячі, голі. Трав. р., Брч., 30-60 см, V-VII. ......... 1. В. колосистий – A. spicata L. У широколистяних лісах та чагарниках, на вологих затінених ділянках звичайно у всіх районах. Cimicifuga L. – Клопогін Кв. дрібні, зібрані у великі продовгасті китицеподібні суцв. Оцв. зеленяво-біла. Л. оцв. округлої форми. Пл. – опушені листянки з короткими стовпчиками. Л. 3-розсічені, опушені знизу, з неприємним запахом. Ст. прямостоячі, голі. Трав. р., Брч., 80‑150 см, VІІVІII. .. 1. К. європейський – C. europaea Schipcz. У широколистяних лісах узліссях та чагарниках звичайно у всіх районах. Aquilegia L. – Орлики 1. Ст. голі або опушені виключно

незалозистими волосками. Л. трирозсічені. Кв. великі (3-5 см), зібрані у розлогі китецеподібні суцв. Оцв. синя, блакитна, фіолетова, рожева, червонувата або біла. Пл. – опушена листянка. Тич. не виступають або виступають незначно за край оцв. Нас. чорні, блискучі. Трав. р., Брч., 30-80 см, V-VII. ............................ 1. О. звичайні – A. vulgaris L. У світлих лісах та чагарниках спорадично. Культивується як дек. р., інколи дичавіє. –

Ст. опушені залозистими волосками ... 2

2. Пластинка л. оцв. довша за шпорку. Тич. коротші або ± рівні пластинкам л. оцв. Кв. великі (4-5 см), зібрані у розлогі китецеподібні суцв. Оцв. блакитно-синя або фіолетова. Нас. чорні, зморшкуваті, матові. Трав. р., Брч., 15-30 см, VІ-VII. ........ 2. О. трансильванські – A. transsilvanica Schur На вапняках у Карпатах, рідко. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009). – Пластинка л. оцв. коротша за шпорку. Тич. рівні або довші за пластинки л. оцв. Кв. великі (4-5 см), зібрані у розлогі китецеподібні суцв. Оцв. темно-фіолетова, рожева або біла. Нас. чорні, зернисті, блискучі. Трав. р., Брч., 20-40 см, VІ‑VII. ...................................................... ............. 3. О. чорніючі – A. nigricans Baumg. На вапняках у Карпатах, рідко. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009). Consolida L. – Сокирки 1. Мат. і квн. голі. Кв. у розлогих малоквіткових китицеподібних суцв. Шпорки л. оцв. загнуті вниз. Оцв. темно-синя або синьо-фіолетова. Пл. – гола листянка. Л. 3-розсічені, сегменти вузьколінійчасті. Трав. р., Орч., 15‑50(70) см, VІ-VІII. .......................... ............................ 1. С. польові – C. regalis Gray У посівах на полях, городах, вздовж доріг у всіх районах спорадично. Інколи культивується як дек. р. – Мат. і квн. опушені. Кв. у густих багатоквіткових китицеподібних суцв. .......... 2

Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів 2. Приквч. не досягають квл. Мат. плавно звужується у стовпчик. Шпорки 13‑18 мм, загнуті вниз. Нас. чорні. Оцв. синя, рожева, рідше біла. Пл. – опушена листянка. Трав. р., Орч., (20)30-100 см, VІ-VII. ................ ........................ 2. С. Аякса – C. ajacis (L.) Schur У посівах на полях, городах, вздовж доріг у всіх районах спорадично. Культивується як дек. р., інколи дичавіє. – Приквч. сягають квл. Мат. різко звужується у загнутий короткий стовпчик. Шпорки 8-12 мм, загнуті вверх. Нас. червоно-коричневе. Оцв. синьо-фіолетова, рідше рожева або біла. Пл. – опушена листянка. Трав. р., Орч., (25)30-100 см, VІ‑VІII. ...................................................................... ... 1. С. східні – C. orientalis ( J. Gay) Schröd. У посівах на полях, городах, вздовж доріг у всіх районах спорадично. Культивується як дек. р., інколи дичавіє. Delphinium L. – Дельфіній 1. Основи нижніх л. розширені у виражені піхви (до 20 мм). Пластинки середніх і верхніх л. розсічені до самої основи, сегменти л. пластинки часто на окремих черешечках. Крщ. вкорочене, бульбоподібне. Мат. і квн. голі. Л. оцв. яйцеподібні, тупі, ззовні опушені незалозистими волосками, інколи з домішками залозистих. Оцв. світло-фіолетова. Пл. – голі листянки. Кв. у густих щільних китецеподібних суцв. Трав. напіврозеткові р., Брч., (40)50-120 см, VI‑VII. .......1. Д. надрізний – D. fissum Waldst. et Kit. Рідкісний вид, може бути віднайдений на сухих степових і лучних ділянках на Прикарпатті та Поділлі. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009). Прим. Збірний вид, таксономічна структура якого потребує детальних досліджень. Інколи розрізняють окремо D. leiocarpum Hutch., D. pallasii Nevski, D. sergii Wissjul на підставі характеру опушення ст., л. оцв., квітконіжок та мат. – Основи нижніх л. не мають піхв.

301

Пластинки середніх і верхніх л. розсічені не до основи. Крщ. продовгасте. Л. оцв. видовжено-яйцеподібні. Оцв. темноблакитна або синьо-фіолетова. Пл. – листянки. Кв. у щільних китецеподібних суцв. Л. оцв., мат., квн., приквч. і ст. голі – subsp. elatum. Л. оцв. з залозистим опушенням, мат. з незалозистим опушенням, квн. з гачкуватим і/або залозистим опушенням, приквч. і ст. опушені – subsp. nacladense (Zapał.) Holub. Л. оцв. з залозистим опушенням, мат. голі, квн. з гачкуватим і/або залозистим опушенням, приквч. і ст. опушені – subsp. alpinum (Waldst. et Kit.) Nyman. Трав. напіврозеткові р., Брч., 50‑180(220) см, VI-VII. ........................................ ........................ 2. Д. піднесений – D. elatum L. D. elatum subsp. elatum – культивується як дек. р., інколи дичавіє. У природі трапляється у чагарниках та на гірських луках. D. elatum subsp. nacladense та D. elatum subsp. alpinum – рідкісні гірські р., що ростуть на луках та вапнякових виходах у Карпатах. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009). Aconitum L. – Аконіт 1. Шолом видовжений циліндричний (у 2,5-3 рази вищий за ширину), з коротким пологим дзьобиком ............................................. 2 – Шолом іншої форми, не більше як у 2,5 рази вищий за ширину .................................. 3 2. Оцв. фіолетова або блідо-блакитна. Нект. не торкаються даху шолома; шпорки нект. спірально закручені. Мат. 3, голі – subsp. moldavicum; повністю опушені короткими гачкуватими волосками – subsp. hosteanum (Schur) Graebn. & P. Graebn.; повністю опушені довгими відстовбурченими волосками – subsp. simonkaianum (Gáyer) Starmühl.; при основі опушені довгими відстовбурченими, а вище короткими гачкуватими волосками – subsp. porcii Starmühl. Нас. без виражених крил. Л. роздільні. Трав. р., напіврозеткові, крщ., Брч., 40-170 см, VI-VIII. ......................... .......... 1. А. молдавський – A. moldavicum Hacq. Переважно у вологих затінених місцях,

302 у лісах та чагарниках, вздовж потоків та рік. Інколи на відкритих ділянках у субальпійському поясі. A. moldavicum subsp. moldavicum часто у Карпатах, рідше у Лісостеповій зоні. A. moldavicum subsp. hosteanum часто, а subsp. simonkaianum та subsp. porcii – рідко у Карпатах. – Оцв. біла, брудно-біла жовта або блідо-жовта. Мат. 3, голі – subsp. lycoctonum; гачкувато опушені – subsp. lasiostomum (Rchb. ex Bess) Warnke. Нект. не торкаються даху шолома; шпорки нект. спірально закручені. Оцв. опушена, опадає після відцвітання. Нас. без виражених крил. Л. 5(7)-роздільні, сегменти л. пластинки широкі. Трав. р., напіврозеткові, кореневищні. Брч., 40-170 см, VI-VIII. ..................................................................... 2. А. вовкобійний – A. lycoctonum L. em. Koelle. У вологих затінених оселищах, в лісі та на узліссях. У Карпатах і Лісостепу рідко. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009) як A. besserianum Andrz. ex Trautv. Прим. Інколи розмежовують A. lycoctonum, A. besserianum, A. lasiostomum, A. rogowiczii та A. vulparia, які відрізняються забарвленням шолому та характером опушення квн. і мат., проте таксономічний статус і самостійність цих таксонів потребують ревізії. 3. (1). Л. розсічені з вузькими ланцетоподібними або лінійчастими сегментами л. пластинки, оцв. не опадає після відцвітання ............................................................. 4 – Л. роздільні з клиноподібними або широкими ланцетоподібними сегментами л. пластинки, оцв. опадає після відцвітання ...... 5 4. Оцв. жовта або блідо-жовта. Шоломи опушені виключно відстовбурченими волосками, а квн. опушені повністю або частково опушені відстовбурченими волосками – морфотип anthora (Novikoff &Mitka 2011). Шоломи і квн. опушені гачкуватими волосками – морфотип eulophum (Novikoff &Mitka 2011). Шолом напівсферичний, бобоподібний або дещо

Modern Phytomorphology 3 (2013) видовжений (у 0,8-1,3 рази вищий за ширину). Нас. з трьома однаковими повздовжніми крилами на ребрах. Л. розсічені, сегменти л. пластинки вузькі (0,7-2,6 мм завш.) лінійні або ланцетоподібні. Трав. р., безрозеткові, бульби сферичні або видовжені ріпоподібні. Брч., 18-113 см, VII-IX. .......................................... .............. 3. А. протиотруйний – A. anthora L. На виходах вапнякових і крейдяних порід, на скелях та кам’янистих розсипах. Рідко у Карпатах та на Поділлі. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009) як A. jacquinii Rchb. – Оцв. синя, жовто-синя або брудножовта, опушена гачкуватими або закрученими волосками. Шолом напівсферичний, бобоподібний або дещо видовжений. Нас. з трьома однаковими повздовжніми крилами на ребрах. Л. розсічені, сегменти л. пластинки вузькі (0,7-2,6 мм завш.) лінійні або ланцетоподібні. Трав. р., безрозеткові, бульби сферичні або видовжені ріпоподібні. Брч., 20-130 см, VII-IX. .......................................... ................ 4. А. несправжньопротиотруйний – A. pseudanthora Błocki ex Pacz. На виходах вапнякових і крейдяних порід, у ксеротермних трав. угрупованнях на Поділлі. Рідко. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009). 5. (3). Шолом сферичний або півмісяцевий, його висота приблизно рівна ширині. Нект. завжди торкаються даху шолома; шпорки нект. головчасті. Нас. з трьома повздовжніми крилами, одне з яких сильно розвинуте. Суцв. щільне, свічкоподібне. Бульби продовгасті .................. 6 – Шолом конічний, рідше – видовжений округлий; його висота у 1,5‑2,5 рази перевищує ширину. Шпорки нект. відхилені або закручені. Нас. лише з одним повздовжніми крилом. Суцв. розлоге, галузисте. Бульби сферичні, часто на коротких столонах ................................................................. 9 6. Квн. голі. Приквч. зубчасті або трилопатеві. Оцв. темно-синя. Шолом голий. Мат. (2)3(4), рідко 5, голі. Тич. нитки голі – subsp. firmum, або опушені – subsp. fissurae

Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів Nyárády. Шпорки нект. головчасті. Трав. р., Брч., 20-60 см, VII-VIII. ........................................ ........................... 5. А. міцний – A. firmum Rchb. На кам’янистих схилах та у трав. угрупованнях союзів Adenostylion і Calamagrostion, вздовж потоків, переважно у субальпійському та альпійському поясах Карпат. Рідко. –

Квн. опушені ......................................... 7

7. Шолом густо опушений короткими гачкуватими волосками, інколи з домішками відстовбурчених. Мат. (2)3(4), голі або опушені поодинокими гачкуватими волосками. Шпорки нект. головчасті або дещо загнуті. Оцв. темно-синя або темно-фіолетова. Приквч. переважно ланцетоподібні, рідше – зубчастокраї. Трав. р., Брч., 20-60 см, VII‑VIII. .... 6. А. буковинський – A. bucovinense Zapał. Поблизу гірських потоків, на кам’янистих розсипах, скелях, а також у вільховому і сосновому криволіссі у субальпійському та альпійському поясах, інколи – у верхньому монтанному поясі Карпат. Рідко. – Шолом голий або опушений поодинокими відстовбурченими волосками .... 8 8. Квн. вище від приквч. опушені виключно довгими відстовбурченими волосками, а нижче від приквч. – з відстовбурченим, гачкуватим або ж змішаним опушенням. Мат. 3, голі або поодиноко опушені на дорзальній стороні. Шпорки нект. головчасті. Оцв. темно-синя. Приквч. ланцетоподібні, зубчастокраї або трилопатеві. Трав. р., Брч., 20-60 см, VI‑VIII. .............................................. 7. А. чорногірський – A. ×czarnohorense (Zapał.) Mitka. На кам’янистих схилах та у трав. угрупованнях союзів Adenostylion і Calamagrostion, вздовж потоків у субальпійському та альпійському поясах Карпат. Звичайно. – Квн. вище від приквч. опушені короткими гачкуватими волосками, часто з домішкою поодиноких відстовбурчених,

303

а нижче приквч. – голі або ж з аналогічним опушенням. Мат. (2)3(4), голі або поодиноко опушені на дорзальній стороні. Шпорки нект. головчасті або дещо загнуті. Оцв. темно-синя або темно-фіолетова. Приквч. переважно ланцетоподібні, рідко зубчасті. Трав. р., Брч., 20-40 см, VI-VIII. ...................... 8. А. маленький – A. ×nanum (Baumg.) Simonk. На кам’янистих схилах та у трав. угрупованнях союзів Adenostylion і Calamagrostion, вздовж потоків у субальпійському та альпійському поясах Карпат. Рідко. 9. (5). Шолом округлий, інколи з видовженою нижньою частиною; його висота не більше як у 2 рази перевищує ширину. Нект. торкаються даху шолома ...................... 11 – Шолом видовжений конічний з довгим дзьобиком; його висота у 2-2,5 рази перевищує ширину. Нект. не торкаються даху шолома. ................................................................ 10 10. Мат. 3-5, опушені відстовбурченими волосками виключно вздовж вентральних швів. Оцв. синя, блакитна або строката. Шолом голий. Шпорки нект. переважно відхилені, рідше закручені. Квн. довгі, голі. Приквч. ланцетоподібні або лопаткоподібні, інколи трироздільні, голі або гачкувато опушені по краях. Трав. р., Брч., 40-160 см, VI-VIII. ..... 9. А. строкатий – A. variegatum L. Переважно у широколистяних лісах, в угрупованнях Arunco-Doronicetum у субмонтанному та монтанному поясах Карпат, а також у Лісостеповій зоні. Рідко. – Мат. 3, повністю густо опушені відстовбурченими залозистими волосками. Оцв. синя. Шолом густо опушений відстовбурченими волосками. Шпорки нект. закручені або відхилені. Квн. та приквч. повністю опушені залозистими відстовбурченими волосками – subsp. lasiocarpum. Квн. повністю голі або ж опушені залозистими відстовбурченими волосками лише вище приквч., а нижче голі або з гачкуватим опушенням – subsp. kotulae (Pawł.)

304

Modern Phytomorphology 3 (2013)

Starmühl. et Mitka. Трав. р., Брч., 40-160 см, VI‑VIII. .......................... 10. А. опушеноплодий – A. lasiocarpum (Rchb.) Gáyer Вздовж гірських потоків, на вологих луках союзу Calthion, а також на відкритих ділянках та луках союзу Adenostylion, вздовж вільхового криволісся, переважно у монтанному та субмонтанному поясах, інколи може заходити у субальпійський пояс у Карпатах. На Поділлі представлений виключно A. lasiocarpum subsp. kotulae. Рідко. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009), Берн. конв (Bern Convention 1999).

лопатеві, густо опушені. Шпорки нект. відхилені або закручені. Трав. р., Брч., 60170 см, VII-VIII. ..................... 13. А. Ґаєра – A. ×gayeri Starmühl. На вологих відкритих ділянках поблизу гірських потоків, на вологих луках, край лісу, серед чагарників тощо, переважно у монтанному поясі, інколи у субмонтанному та субальпійському поясах Карпат. Часто.

11. (9). Шолом голий, сферичний. Оцв. темно-синя, синя або строката. Мат. 3(5), стерильні, голі. Квн. опушені виключно поблизу квл. Шпорки нект. відхилені. Приквч. ланцетоподібні або трилопатеві, голі. Бульби дещо видовжені. Трав. р., Брч., 60‑170 см, VI‑IX. ...................................................................... 11. А. садовий – A. ×cammarum L. em. Fries. Дек., інтродукується на присадибних ділянках та городах, інколи зустрічається у природі. Звичайно по всіх областях.

1. Ст. л. (л. покривала) сидячі. Ст. не розгалужене, пряме. Кв. 3-9 у зонтичних суцв. Пл. – зморшкуваті горішки, голі. Оцв. біла, інколи ззовні рожевувата або синювата. Л. оцв. 5 або 6, обернуто-яйцеподібні. Пиляки жовті. Ст. опушені. Сегменти базальних л. прямі, л. оцв. інервуються при основі 3-7 жилками і мають 1-3 анастомози – subsp. narcissiflora var. narcissiflora. Сегменти базальних л. серпоподібні, л. оцв. інервуються при основі 7-9 жилками і мають 5-9 анастомозів – subsp. narcissiflora var. podolica Zapał. Трав. р., Брч., (10)20-40(60) см, V-VII. ............. 1. А. нарцисоцвіта – A. narcissiflora L. A. narcissiflora subsp. narcissiflora var. narcissiflora – на полонинах і кам’янистих схилах у Карпатах спорадично. A. narcissiflora subsp. narcissiflora var. podolica – на узліссях, галявинах і у чагарниках спорадично на Поділлі і Прикарпатті. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009).

– Шолом опушений короткими відстовбурченими волосками, сферичний або дещо видовжений. Квн. б.-м. густо повністю опушені відстовбурченими волосками ........ 12 12. Мат. 3, голих або з поодинокими короткими відстовбурченими волосками. Шпорки нект. відхилені або головчасті. Квн. б.-м. повністю опушені відстовбурченими залозистими волосками. Приквч. ланцетоподібні або лопатеві, густо опушені. Трав. р., Брч., 60‑170 см, VII-VIII. ............................ 12. А. Дегена – A. degenii Gáyer На вологих відкритих ділянках поблизу гірських потоків, на вологих луках, край лісу, серед чагарників тощо, переважно у монтанному поясі, інколи у субмонтанному та субальпійському поясах Карпат. Б.-м. звичайно. – Мат. густо опушені відстовбурченими волосками. Квн. повністю опушені відстовбурченими залозистими волосками. Приквч. ланцетоподібні або

Anemone L. – Анемона

–

Ст. л. (л. покривала) черешкові ........ 2

2. Р. з тонкими підземними столонами. Горішки густо опушені довгими (1-1,5 мм) волосками, при дозріванні розлітаються. Оцв. біла. Л. оцв. зазвичай 5, широко-овальні. Пиляки жовті. Кв. термінальні, поодинокі. Л. 5-розсічені. Сегменти л. пластинки широкі. Ст. голе. Трав. р., Брч., 15-35(40) см, V-VI. ....... ................................. 2. А. лісова – A. sylvestris L. На узліссях, лісових галявинах, у чагарниках, у Лісостепу звичайно. – Р. з потовщеними горизонтальними кореневищами. Горішки опушені короткими

Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів волосками (до 0,7 мм) ......................................... 3 3. Оцв. жовта, опушена ззовні. Пиляки жовті. Кв. 1 або 2, рідше – до 5. Ст. л. (л. покривала) на дуже коротких черешках (до 5 мм). Л. 5-розсічені, голі. Ст. голе. Бруньки відновлення на кореневищі великі, з 4-5 бруньковими лусками. Трав. р., Брч., (7)15‑25(30) см, (II)IV-V. ..................................... .............. 3. А. жовтецева – A. ranunculoides L. У тінистих лісах, у чагарниках та зрідка на галявинах. Спорадично по всій території. – Оцв. біла, інколи рожевувата, гола ззовні. Кв. 1. Ст. л. (л. покривала) на виражених довгих черешках. Л. 5-розсічені, голі. Бруньки відновлення на кореневищі дрібні, з 2-3 бруньковими лусками. Трав. р., Брч., (6)10-25(30) см, ІІІ-V. ........................... .................... 4. А. дібровна – A. nemorosa L. У лісах, на узліссях та галявинах, інколи на луках. Типово по всій території. Hepatica Mill. – Печіночниця Кв. поодинокі. Оцв. синювато-біла. Під оцв. 3 яйцеподібних л. утворюють несправжню чаш. Пл. – листянки, опушені. Л. 3-роздільні. Л. пластинки знизу і черешки опушені. Трав. р., Брч., 5-15(25) см, ІII-V. ........ ......................... 1. П. звичайна – H. nobilis Mill. У лісах та чагарниках у Карпатах, Поліссі і Лісостепу. Інколи культивується як дек. р. Pulsatilla Mill. – Сон 1. Ст. л. з короткими черешками, подібні до розеткових базальних л. Термінальний сегмент л. пластинки розсічений до центральної жилки. Л. пластинки голі або слабко опушені. Ст. опушені. Оцв. біла, ззовні опушена. Кв. поодинокі, термінальні. Трав. р., Брч., (15)20-30(45) см, ІV-V. ................................ ................ 1. С. білий (Шерфеля) – P. alba Rchb. На гірських луках у Карпатах. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009) як P. scherfelii (Ullep.) Skalický.

305

– Ст. л. сидячі, їх пластинки розсічені на лінійчаті сегменти ........................ 2 2. Базальні л. пальчасто-розсічені, голі або слабко опушені. Термінальний сегмент л. пластинки інколи з коротким черешечком. Молоді базальні л. опушені. Ст. опушені. Оцв. синьо-фіолетова, ззовні опушена. Кв. поодинокі, дзвоноподібні, термінальні. Трав. р., Брч., 10-35(45) см, ІV-V. ................................. ................ 2. С. відкритий – P. patens (L.) Mill. У лісах, на узліссях та галявинах. На Поліссі та у Лісостепу звичайно, на Розточчі та у Передкарпатті – рідко. Охор. ЧКУ (Дідух 2009), Берн. конв. (Bern Convention 1999) та Директивою ЄС про збереження природних місцезростань. Прим. У флорі Західної України вид представлено виключно підвидом P. patens subsp. patens, який вирізняється короткими (17-30 мм) та широкими сегментами базальних л. (5-12 мм). – Базальні л. пірчасто-розсічені, засихають восени. Оцв. лілова, червонувата або фіолетова ........................................................ 3 3. Кв. обернуті вверх або дещо нахилені. Оцв. лілова або фіолетова, ззовні опушена. Молоді базальні л. опушені, зрілі – голі або слабко опушені. Л. пластинки пірчасто розсічені на 7-9 сегментів, які також розсічені. Ст. опушені. Л. з’являються разом з кв., базальні л. з >100 сегментів, л. оцв. вузько-еліптичні – subsp. vulgaris. Л. з’являються пізніше від кв., базальні л. з ~40 сегментами, л. оцв. широко-еліптичні – subsp. grandis (Wender.) Zämelis. Трав. р., Брч., (5)10‑40(50) см, ІV-V. .......................................... .................... 3. С. звичайний – P. vulgaris Mill. У лісах, на узліссях та галявинах. У Передкарпатті та Лісостепу, на Розточчі рідко. Охорон. Берн. конв. (Bern Convention 1999). – Кв. повислі, л. оцв. мають відігнуті та інколи закручені кінчики. Оцв. темнофіолетова – subsp. nigricans (Störck) Zämelis. Оцв. червонувато- або блідо-фіолетова –

306

Modern Phytomorphology 3 (2013)

subsp. pratensis. Базальні л. опушені, глибоко розсічені на ~150 вузько-лінійчастих сегментів. Ст. опушені. Трав. р., Брч., 10‑50 см, ІV-V. ....................................................... 4. С. лучний (чорніючий) – P. pratensis (L.) Mill. На сухих ксеротермних луках, у світлих соснових лісах, їх узліссях і галявинах. На Прикарпатті, Поліссі та у Лісостепу. Рідко. Охор. ЧКУ (Дідух 2009).

м. щільні щиткоподібні суцв. Оцв. біла. Л. оцв. еліптичні, видовжені, голі або війчасто опушені по краю. Пл. – горішок, з довгим вигнутим носиком. Горішок (2-3 мм) голий, носик (10-15 мм) – густо опушений довгими волосками. Трав. р., Брч., 50‑100(150) см, (V)VІ-VІІ. ................. 3. Л. прямий – C. recta L. У лісах, на узліссях та лісових галявинах, а також у чагарниках. На Передкарпатті та у Лісостепу, спорадично.

Clematis L. – Ломиніс

– Ст. в’юнке з розвинутими вусиками, зазвичай здерев’яніле .......................................... 4

Кв. великі, 5-10(15) см у діаметрі .... 2

–

Кв. дрібні, 2-3(4) см у діаметрі ......... 3

2. Л. сидячі, прості, цільнокраї, продовгасто-яйцеподібної форми, їх кінчики загострені. Ст. прямостояче, зазвичай нерозгалужене. Кв. термінальні, поодинокі, рідко – 2-3 кв., 3-5 см у діаметрі. Оцв. темнофіолетова, темно-синя, рідко біла. Л. оцв. опушені виключно вздовж центральних жилок. Трав. р., Брч., 30-50(70) см, VІ-VІІ. .............. 1. Л. цільнолистий – C. integrifolia L. На узліссях, лісових галявинах та у чагарниках. Спорадично по всій території. – Л. пірчастоскладні, сегменти л. пластинки яйцеподібні. Ст. в’юнке, ліаноподібне. Кв. поодинокі або у розлогих суцв., зазвичай 10-15 см у діаметрі. Оцв. різноманітного забарвлення. Л. оцв. голі або опушені тільки вздовж ц. жилок. Пл. – горішок, з довгим вигнутим носиком. Горішок (5-10 мм) і носик (3-6 см) рівномірно опушені короткими волосками. Трав. р., Брч., 300-400(500) см, V-VІІ. ......................................... ........ 2. Л. Жакмана – C. ×jackmanii T. Moore Дек. р., культивується у садах та парках, інколи дичавіє. Нараховує десятки сортів. Звичайно по всій території. 3. Ст. прямостояче, трав’янисте або лише при основі здерев’яніле. Л. пірчасто-складні. Сегменти л. пластинки яйцеподібні, їх кінчики загострені. Кв. дрібні (~2 см), обернуті вверх, зібрані у б.-

4. Окрім оцв. присутні пелюсткоподібні стамінодії. Кв. (2-4 см) на пониклих квн., зібрані у розлогі суцв. Оцв. блакитна або синя. Л. оцв. опушені тільки ззовні. Горішок (2-4 мм) і носик (2-3 см) густо опушені довгими волосками. Л. 3-5-пірчастоскладні. Кожен з сегментів л. пластинки, у свою чергу, трирозсічений. Напівкущ, дер., 100‑200(300) см, V-VI(VІІ). ............................... ........... 4. Л. альпійський – C. alpina (L.) Mill. У лісах та чагарниках у Карпатах. Спорадично. Прим. В Україні представлено виключно C. alpina subsp. alpina з блакитним або синім (рідко білуватим) забарвленням оцв. – Стамінодії відсутні. Кв. (1-1,5 см), на б.-м. прямих квн., зібрані у густі китицеподібні суцв. Оцв. зелено-білувата. Л. оцв. опушені на обидвох поверхнях. Горішок (0,3-0,7 мм) і носик (2‑2,5 см) густо опушені довгими волосками. Л. 5-7-пірчастоскладні. Напівкущ, дер., 200‑500(900) см, VІ-VІI(IX). ..................... ............. 5. Л. виноградолистий – C. vitalba L. У світлих лісах, чагарниках та кам’янистих схилах на Закарпатті. Інколи культивується як дек. р. і дичавіє. Спорадично. Myosurus L. – Мишехвіст Кв. дрібні (1-2,5 см у діаметрі), поодинокі, на довгих квн. Оцв. жовта або жовто-зелена. Л. оцв. 5, продовгасто-еліптичні зі шпорками, обернутими донизу. Окрім оцв. присутні 5

Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів лійкоподібних стамінодіїв-нект.. Тич. 5-10. Мат. багато, розташованих на видовженому квл. у вигляді колоса. Пл. – горішки. Л. лінійчаті, 5-10 см завдовжки. Дрібні розеткові трав. р., Орч., 2-10 см, IV-V(VI). ......................... .............................. 1. М. малий – M. minimus L. Вологі поля і луки, болота. Спорадично по всій території. Ceratocephala Moench. – Реп’яшок Кв. дрібні (5-10 мм у діаметрі), поодинокі, на довгих опушених квн. Оцв. подвійна. Чшл. 5, опушені, зелені; пел. – 5, голі, жовті з нектарними залозками при основі. Тич. – 5-15. Мат. багато, опушених, з рогоподібними стовпчиками, розташованих на видовженому квл. у вигляді короткого колоса. Пл. – двовипуклі горішки з рогоподібним носиком. Л. 3-5 см завдовжки, опушені, трироздільні з лінійчастими сегментами л. пластинки. Дрібні розеткові трав. р., Орч., 3-5(10) см, III-V. ...................... .......... 1. Р. яйцеподібний (Р. подільський) – C. testiculata (Crantz) Roth На сухих відкритих ділянках, у полях, на вапнякових виходах, на смітниках та вздовж залізничних колій як бур’ян. По всій території звичайно. Ranunculus L. – Жовтець 1.

Оцв. біла, рожева або червона .......... 2

–

Оцв. жовта ........................................... 14

2. Водні або болотні р., л. плаваючі або/і занурені (тоді нитчасто-розсічені), кв. поодинокі у пазухах л. ....................................... 3 – Наземні напіврозеткові р., базальні л. – черешкові, горішки без поперечних зморшок ............................................................... 13 3. Л. пластинки плаваючих л. від лопатевих до розсічених, л. пластинки занурених л. – нитчасто-розсічені (капілярні

307

л.). Занурені л. інколи відсутні ......................... 4 – Плаваючі л. відсутні, присутні виключно капілярні л. ......................................... 7 4. Занурених капілярних л. немає, присутні лише 3-5(7)-лопатеві ниркоподібні плаваючі л. Кв. дрібні (2‑4,5 мм у діаметрі). Оцв. проста, біла. Л. оцв. до 4,5 мм завдовжки, видовжено-овальні, не налягають один на одного. Квл. під мат. голе. Горішки дрібні (~1 мм), голі. Трав. р., Орч./Брч., 10‑40(60) см, VІ‑IX. ................................... .... 1. Ж. плющолистий – R. hederaceus L. Культивується як водна дек. р. Може дичавіти. – Занурені капілярні л. присутні. Оцв. подвійна; чшл. зелені, овальні; пел. >5 мм, білі, рідше рожеві або червонуваті. Квл. опушене. Мат. і недозрілі горішки ± опушені, пізніше – голі. Плаваючі л. від лопатевих до розсічених .......................................................... 5 5. Пел. 5-10 мм завдовжки, білі, при основі жовті; нект. в обрисі округлі. Квл. опушене довгими щетинистими волосками. Незрілі горішки 1,5-2 мм, слабко опушені вздовж дорзальної жилки. Зрілі горішки безкрилі. Квн. до 5 см завдовжки, переважно коротші ніж л., у пазухах яких вони розташовуються. Л. пластинки плаваючих л. 3-5-лопатеві. Мілководні трав. р., Орч./Брч., 10-150(200) см, (IV)V-IX. ................................... ......................... 2. Ж. водяний – R. aquatilis L. У стоячих і повільних протічних водоймах. Спорадично по всій території. – Пел. (5)10-15(20) завдовжки, білі або рожеві, при основі жовті; нект. в обрисі грушеподібні. Квн. 5-10 см, довші за л., у пазухах яких вони розміщені. Л. пластинки плаваючих л. 3-5-роздільні або 3-5-розсічені .......................................................... 6 6. Розвинуті занурені л. коротші за міжвузля. Л. пластинки плаваючих л. зарубчасті. Квл. щільно опушене короткими волосками. Незрілі горішки 1,5-2,5 мм,

308 голі або слабко опушені. Зрілі горішки крилаті. Мілководні трав. р., Орч./Брч., 10‑100(150) см, (IV)V-IX. ................................... ............ 3. Ж. щитковий – R. peltatus Schrank Неглибокі стоячі і повільні протічні водойми, на Закарпатті та у Карпатах спорадично. – Розвинуті занурені л. довші за міжвузля. Л. пластинки зарубчасті або цільнокраї. Квл. опушене. Незрілі горішки 1,5‑2,5 мм, слабко опушені. Протічні води, трав. р., Орч./Брч., 20-300 см, VI-VIII. ..................... 4. Ж. китицевий – R. penicillatus (Dumort.) Bab. У стоячих і повільних протічних водоймах. Рідко по всій території. 7. (3). Капілярні л. 8-30 см, довші за міжвузля, їх сегменти часто паралельні до центральної осі л. ................................................. 8 – Капілярні л. менше 8 см, коротші за міжвузля, їх сегменти рідко паралельні до центральної осі л. ................................................. 9 8. Квл. під мат. виражено опушене ... див. Ж. китицевий – R. penicillatus (Dumort.) Bab. – Квл. під мат. ледь опушене або голе. Пел. більше 5 мм завдовжки, налягають одна на одну, білі, жовті при основі. Нект. округлі або продовгувато-грушоподібні. Розвинуті капілярні л. ~10(30) см, однакової з міжвузлями довжини або довші. Квл. голе, зморшкувате. Горішки 1-2 мм, голі. Стрімкі потоки, водні трав. р., Брч., 50-600 см, VI-VIII. ................... 5. Ж. плаваючий – R. fluitans Lam. У повільних протічних водоймах у Карпатах, рідко. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009). 9. (7). Сегменти капілярних л. нитчасті, розміщені у одній площині, після виймання з води вони не злипаються у пучок. Загальний обрис капілярних л. – круглий. Пел. до 10 мм завдовжки, накладаються одна на одну, білі, жовті при основі. Нект. півмісяцеві в обрисі. Квл. виражено опушене. Незрілі горішки слабко опушені вздовж дорзальної жилки. Повільні протічні або стоячі води, водні трав.

Modern Phytomorphology 3 (2013) р., Орч./Брч., 5-100(300) см, V-VIII. .............. 6. Ж. кільцелистий – R. circinatus Sibth. У стоячих і повільних протічних водоймах. Рідко по всій території. – Сегменти капілярних л. не розміщені в одній площині. Загальний обрис капілярних л. не круглий ........................................................ 10 10. Пел. до 5 мм завдовжки, не налягають одна на одну, нект. півмісяцевої форми ....... 11 – Пел. більше 5 мм завдовжки, налягають одна на одну, нект. не півмісяцевої форми ................................................................... 12 11. Зрілі горішки більше 1,5 мм. Незрілі горішки опушені вздовж дорзальної жилки, зібрані по 20-40 штук у голівках. Квл. випукле, опушене. Капілярні л. після виймання з води сильно злипаються. Ст. голі або нещільно опушені. Повільні протічні води, водні трав. р., Орч./Брч., 5-80(100) см, V-IX. ................... 7. Ж. волосолистий – R. trichophyllus Chaix У стоячих і повільних протічних водоймах. Спорадично по всій території. – Зрілі горішки менше 1 мм. Квл. опушене. Незрілі горішки голі або рідко опушені, зібрані по 50-80(100) штук у голівках. Квл. видовжене у колонку, опушене. Капілярні л. після виймання з води сильно злипаються. Ст. голі. Стоячі води, водні трав. р., Орч./Брч., 5-80(100) см, VI-VIII. .................. ............................... 8. Ж. Ріона – R. rionii Lagger У стоячих водоймах у Лісостепу. Рідко. Прим. R. rionii морфологічно близький до R. trichophyllus і інколи розглядається як підвид останнього. 12. (10). Пел. 5-10 мм завдовжки. Нект. в обрисі округлі. Квн. до 5 см завдовжки, переважно коротші ніж л., у пазухах яких вони розташовуються ........................................... ...................... див. Ж. водяний – R. aquatilis L. – Пел. (5)10-15(20) завдовжки. Нект. в обрисі грушеподібні. Квн. 5-10 см, довші за л., у пазухах яких вони розміщені .......................

Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів ......... див. Ж. щитковий – R. peltatus Schrank 13. (2). Кв. 1-2, 20-25 мм у діаметрі. Пел. 5, широко-овальні. Чшл. 5, вузько-овальні. Горішки 1,5-2 мм, сіро-зелені, з дзьобиками рівної їм довжини. Базальні л. округлозубчасті, інколи зубчасті або 3-лопатеві на апексі. Ст. л. лінійчаті або вузько-ланцетоподібні, не утворюють піхви навколо ст. Ст. голе. Невисокі трав. р., Брч., 5-15 см, VI-VII. ......... ................................ 9. Ж. округлозубчастий – R. crenatus Waldst. & Kit. На лищикових (слюдяних) виходах у вологих місцях, в альпійському поясі у Карпатах. Рідко у Мармароських горах. – Кв. багаточисельні, 10-20(25) мм у діаметрі. Пел. 5., овальні. Чшл. 5 або більше, голі або майже голі. Горішки 2-3 мм, голі, з коротким гачкуватим дзьобиком. Всі базальні л. виражено роздільні або лопатеві. Ст. л. подібні до базальних, лопатеві і зубчастокраї, огортають стебло. Ст. голе. К. не потовщені. Трав. р., Брч., (40)80‑120(130) см, VI-VII. ............................. 10. Ж. платанолистий – R. platanifolius L. У лісах та на полонинах у Карпатах. Б.-м. звичайно. 14. (1). Л. пластинки цільні або зі слабко вираженими трьома лопатями ....................... 15 – Принаймні частина л. виражено лопатеві, роздільні або розсічені ................... 23 15. Пел. 8-12, продовгасті овальні. Чшл. 3. Горішки дрібні (1,5-2,5 мм), округлі, яйцеподібні, з ледь вираженим дзьобиком. Л. пластинки широко-овальні або округлі, серцеподібні. К. утв. бульбоподібні потовщення ......................................................... 16 –

Пел. і чшл. по 5. .................................. 17

16. Кв. 15-50 мм у діаметрі. Квл. опушене. Квн. довші за л., у пазусі яких вони розташовані. Горішки волохаті, ст. під час цвітіння дуже короткі, основи л. пластинок стиснуті докупи – subsp. calthifolius (Rchb.)

309

Arcang. Горішки слабко опушені короткими волосками, ст. під час цвітіння видовжені, основи л. пластинок не стиснуті докупи, у пазухах л. присутні виводкові бруньки – subsp. bulbilifer Lambinon. К. бульбоподібно потовщені. Трав. р., Брч., (5)10-40 см, IІІ-V. ........................... 11. Ж. весняний – R. ficaria L. У вологих лісах та заростях, на узліссях у Карпатах, Лісостепу і на Поліссі. Спорадично. – Кв. 15-20(30) мм у діаметрі. Квл. голе або слабко опушене. Квн. коротші за л., у пазусі яких вони розташовані. Горішки зазвичай голі, рідше – зі слабким щетинистим опушенням. К. бульбоподібно потовщені. Трав. р., Брч., 5-7 см, IІІ-V. ................................... 12. Ж. фікарієвий – R. ficarioides Bory et Chaub. Вологі оселища у Карпатах. Рідко. 17. (15). Кв. 10-20 см у діаметрі, 1 або декілька. Пел. 5, овальні. Чшл. 5, голі. Квл. випукле, опушене поодинокими волосками. Горішків мало, близько 4 мм, голі, з вираженими жилками, з коротким гачкуватим дзьобиком. Всі л. сизуватозелені. Базальні л. черешкові, з дуже широкими ниркоподібними л. пластинками, з’являються після відцвітання. Нижні ст. л. – сидячі, ниркоподібні. Верхні ст. л. – сидячі трилопатеві або ланцетоподібні. Кальцефіл. Трав. р., Брч., (10)15-30(50) см, V-VII. ............................ 13. Ж. отруйний – R. thora L. На виходах вапняків у Карпатах. Рідко. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009). – Л. пластинки від ланцетоподібних до яйцеподібних, або клиноподібні трилопатеві ................................................................................. 18 18. Кв. на виражених квн. Горішки з дуже коротким або редукованим дзьобиком ........ 19 – Кв. сидячі або майже сидячі, дрібні (до 3 мм у діаметрі), сидять у пазухах л. або у розгалуженнях ст. Чшл. голі, жовті. Горішків 25-30, завдовжки ~2,5 мм, з пухирчастими випинаннями; їх дзьобики дорівнюють половині довжини самого горішка. Нижні л. овальні цільні, з довгими черешками.

310

Modern Phytomorphology 3 (2013)

19. Кв. 5-50 мм у діаметрі. Горішки >1 мм. Л. пластинки цільні. ............................. 20

борозенок. Горішки ~2,5 мм, з коротким широким дзьобиком. Базальні л. овальні, серцеподібні, черешкові; швидко опадають. Ст. л. продовгасто-овальні, з короткими черешками або сидячі. Всі л. б.м. зубчастокраї. Ст. прямостоячі, міцні, з вираженою центральною порожниною. Трав. р., Брч., 50-100(150) см, VІ-VIІI. ................... 17. Ж. язиколистий (великий) – R. lingua L. На болотах та вздовж берегів водойм. По всій території, б.-м. звичайно.

– Кв. багаточисельні, 3-5(8) мм у діаметрі. Горішки <1 мм, вкриті дрібними папілярними виростами, дзьобик майже відсутній. Л. пластинки дрібні (5-10 мм), клиноподібні трилопатеві (інколи п’ятилопатеві) або овальні цільні. Інколи присутні занурені капілярні нитчасті або розсічені л. Ст. міцне, галузисте; спочатку сланке, а потім прямостояче. Водні або прибережно-водні трав. р., Брч., 10-15(50) см, VІ-VII. ..................... .............................. 15. Ж. багатолистий – R. polyphyllus Waldst. et Kit. ex Willd. У зарослих водоймах, на болотах та вздовж берегів на Закарпатті, Поліссі та у Лісостепу. Спорадично.

22. Кв. 7-20 мм у діаметрі, від 1 до кількох. Квн. слабко опушені прилеглими волосками, бороздчасті. Пел. вдвічі довші за чшл., перекриваються принаймні при основі. Горішки округлі, 1,5-2 мм, голі, гладкі; з дуже коротким дзьобиком. Л. пластинки від продовгасто-овальних до загострених ланцетоподібних, цільнокраї або зубчасті, тонкі. Нижні л. черешкові, верхні – сидячі. Ст. прямостояче або частково полегле, тоді вкорінюється у вузлах. Трав. р., Брч., 8(15)50(80) см, VІ-VII. ................................................... ............... 18. Ж. вогнистий – R. flammula L. Вздовж берегів водойм, на торфовищах та вологих луках. У Карпатах, Поліссі та Лісостепу. Спорадично.

20. Кв. зібрані у малоквіткові суцв., рідше поодинокі. Ст. міцні, прямостоячі, рідко полеглі. Горішки >1,5 мм. ............................... 21

– Кв. 5-9 мм у діаметрі, багаточисельні. Квн. з притиснутим опушенням, інколи з борозенками. Пел. вдвічі довші за чшл., повністю вільні. Горішки ~1,5 мм, стиснуті, вкриті дрібними пухирчастими випинаннями; з ледь помітним дзьобиком. Нижні л. овальні або серцеподібні. Верхні л. вужчі, ланцетоподібні, з короткими черешками або сидячі. Ст. прямостояче, рідше полегле. Трав. р., Орч., (10)15-30(40) см, VІ-VI. ..................... 19. Ж. вужачколистий – R. ophioglossifolius Vill. На вологих луках, болотах та вздовж берегів водойм. На Закарпатті, рідко. Прим. Вид, морфологічно близький до R. flammula. Відрізняється меншими загальними розмірами; пел., які не перекриваються (у R. flammula пел. принаймні частково перекриваються) та пухирчатою поверхнею горішків (у R. flammula – гладка).

Верхні л. вужчі, ланцетоподібні, переважно зубчастокраї, з короткими черешками. Ст. галузисті. Трав. р., Орч., (5)10-25 см, V-VІII. ......... 14. Ж. бокоцвітий – R. lateriflorus DC. На сонячних ділянках на вологих або затоплюваних луках, на болотах, вздовж берегів водойм. На Закарпатті, у Лісостепу, рідко.

– Кв. завжди поодинокі, дрібні (2‑5(10) мм). Горішки ≤1,5 мм. Л. всі черешкові. Л. пластинки цільні, ланцетоподібні або лінійчасті. Ст. тонкі, нитчасті, звивисті і сланкі, завжди вкорінюються у вузлах. Трав. р., Брч., (5)10-30(50) см, (V)VІ-VII. ............................ 16. Ж. сланкий – R. reptans L. На вологих луках, болотах та вздовж берегів водойм. На Поліссі, рідко. 21. Кв. <15(20) мм у діаметрі. Горішки 1,5-2 мм. Невеликі р., які зазвичай не вищі 50 см. ..................................................................... 22 – Кв. у малоквіткових суцв., (20)3050 мм у діаметрі. Квн. циліндричні, без

Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів 23. (14). К. бульбоподібно потовщені ... 24 –

К. не утворюють бульб ..................... 26

24. Чшл. під час цвітіння відгинаються вниз, огортаючи квн. Р. густо опушені ......... 25 – Кв. 1,5-2,5 см у діаметрі, поодинокі або у малоквіткових суцв. Пел. 5. Чшл. 5, не відгортаються під час цвітіння. Горішки голі, сильно стиснуті, крилаті; з прямим вираженим дзьобиком, який має загнутий кінчик. Базальні л. пальчасто 3- або 5-розсічені на вузькі лінійчаті сегменти. Ст. слабко опушене прилеглими волосками або голе. Всі або частина к. формують продовгасті бульби. Трав. р., Брч., 20‑30 см, V-VI. ............................................ 20. Ж. стопоподібний – R. pedatus Waldst. et Kit. На заплавних луках та на трав. схилах. На Поліссі та у Лісостепу. Спорадично. Прим. Інколи виокремлюють самостійний вид R. silvisteppaceus Dubovik, який, імовірно, є синонімом R. pedatus, проте таксономічної ревізії. 25. Кв. 1,5-2(3) см у діаметрі. Горішки продовгасті, бородавчасті, плавно переходять у прямі гострі дзьобики, які довші за них. Сегменти л. пластинок базальних л. ромбоподібні, широкі. Нижні ст. л. 3-5-роздільні або розсічені; сегменти широкі, зубчастокраї або лопатеві; черешкові. Верхні ст. л. – трилопатеві або ланцетоподібні, сидячі. Ст. і л. густо опушені довгими прилеглими і/або відстовбурченими повстянистими волосками. К. з веретеноподібними бульбами. Трав. р., Брч., 20-30 см, V-VI. ................................. 21. Ж. гостроплодий – R. oxyspermus Willd. Може бути віднайдений на Поділлі. На степових ділянках та у ксеротермних угрупованнях. – Кв. 3-4 см у діаметрі. Горішки тригранні, бородавчасті, сильно стиснуті, крилаті; дзьобики однакової довжини з горішками, прямі. Базальні л. 3-розсічені, їх сегменти вузькі ланцетоподібні. Нижні ст. л. розсічені на довгі і вузькі ланцетоподібні сегменти, черешкові. Верхні ст. л. – вузькі

311

ланцетоподібні, сидячі. Ст. і л. густо опушені довгими шовковистими волосками. К. з веретеноподібними бульбами. Кальцефіл. Трав. р., Брч., 20-50 см, ІV-VI. ....................... ............. 22. Ж. ілірійський – R. illyricus L. На степових ділянках, трав. схилах та пасовищах на Поділлі. Спорадично. 26. (23). Зав. і горішки не опушені. Принаймні нижні ст. л. черешкові, подібні до базальних л. ......................................................... 29 – Зав. і горішки опушені. Всі ст. л. сидячі .................................................................... 27 27. Квл. голе або слабко опушене. Луски, що огортають основи базальних л. і стебло відсутні або ледь розвинуті. Базальних л. 2-5, їх л. пластинки лопатеві .................................. 28 – Кв. 15-20 мм у діаметрі. Квл. густо опушене. Основи базальних л. і стебло огортають 1-4(5) виражених лусок. Базальних л. 1-2(5); їх л. пластинки до 10 см завш., ниркоподібні або округлі, пильчастокраї, інколи – 3-роздільні, опушені знизу. Ст. л. розсічені на (5)7-9(11) ланцетоподібних зубчастокраїх сегментів. Ст. масивне, прямостояче. Трав. р., Брч., (10)20-40(70) см, ІV-VI. ... 23. Ж. кашубський – R. cassubicus L. У широколистяних лісах, на узліссях та у чагарниках. У Карпатах, на Поліссі та Лісостепу. Спорадично. 28. Кв. 15-20 мм у діаметрі. Квл. слабко опушене. Базальних л. 2-3, лопатеві, опушені знизу. Луски при основі базальних л. відсутні або слабко розвинуті. Ст. л. сильно розсічені; їх сегменти зубчастокраї або лопатеві. Трав. р., Брч., (10)20-40(70) см, ІV‑VI. ...... ......................................... 24. Ж. фальшивий – R. fallax (Wimm. et. Grab.) Sloboda На вологих луках та у чагарниках. У Карпатах, на Поліссі та Лісостепу. Спорадично. Прим. Вид є проміжним за морфологічними ознаками між R. cassubicus та R. auricomus.

312 – Кв. 15-20 мм у діаметрі. Квл. голе, інколи слабко опушене. Базальних л. (3)5-7, принаймні частина з них 3- або 5-роздільні, зазвичай голі знизу. Ст. л. з вузькими цільнокраїми сегментами. Трав. р., Брч., (15)20-30(45) см, (ІV)V-VI. ......................... 25. Ж. золотистий – R. auricomus L. У лісах, на узліссях та у чагарниках. У Карпатах, на Поліссі та Лісостепу. Спорадично. 29. (26). Зав. і горішки гладкі або зморшкуваті, але без шипів ............................. 30 – Кв. 4-12 мм у діаметрі. Квл. опушене. Зав. 4-8, з пухирчастими або/і шипастими випинаннями. Горішки 6-8 мм, з вираженими шипами та облямівкою; їх носики прямі довгі. Квн. циліндричні. Базальні л. цільнокраї або лопатеві; ст. л. сильно розсічені на вузькі ланцетоподібні або лінійчаті сегменти. Трав. р., Орч., (15)20-30(60) см, (ІV)V-VI. ................. ........................ 26. Ж. польовий – R. arvensis L. На полях та сухих засмічених ділянках. У Карпатах звичайно, у Лісостепу – спорадично. Рудерально-сегетальний вид. 30. Зав. і горішки з гладкою поверхнею, інколи вкриті дрібними випинаннями. Горішки з вираженим дзьобиком. Нект. при основі пел. прикриті лусками ......................... 31 – Кв. 5-10 мм у діаметрі, багаточисельні. Пел. і чшл. по 5. Кв. і чшл. опушені. Зав. і горішки дрібні (~1 мм), чисельні (70‑100), розміщуються на видовженому циліндричному квл. Горішки ледь стиснуті, зморшкуваті з редукованим дзьобиком. Нект. не прикриті лусками або ж луски вузькими смужками оточують нект. по периметру. Базальні л. ниркоподібні, лопатеві. Нижні ст. л. черешкові, 3- або 5-роздільні або розсічені з широкими сегментами. Верхні ст. л. сидячі, трилопатеві. Всі л. товсті. Ст. міцне, з вираженою центральною порожниною, б.‑м. голе. Трав. р., Орч., (20)30-50(80) см, (V)VІ‑X. .... 27. Ж. отруйний – R. sceleratus L. На заплавних луках, болотах та вздовж берегів водойм. По всій території б.-м.

Modern Phytomorphology 3 (2013) звичайно. Прим. На Україні вид представлений виключно підвидом R. sceleratus subsp. sceleratus. 31. Середні сегменти л. пластинок базальних л. розміщені на власних черешечках ................................................................................. 32 – Середні сегменти л. пластинок базальних л. сидячі або ж л. не розсічені ...... 34 32. Ст. при основі не має вираженого ріпоподібного здуття, поступово звужується доверху. Крщ. відсутнє ..................................... 33 – Кв. 20-30 мм у діаметрі. Пел. 5. Чшл. 5, відгинаються донизу під час цвітіння. Квл. опушене. Горішки 2-4 мм, облямовані, з коротким гачкуватим дзьобиком, гладкі або з дрібними випинаннями. Квн. з борозенками. Базальні л. черешкові, трирозсічені, з ромбоподібними сегментами л. пластинки. Нижні ст. л. подібні до базальних, але менші. Верхні ст. л. сидячі, 3- або 5-розсічені, долі л. пластинки лінійчаті. Ст. при основі ріпоподібно розросле, згрубіле і зморшкувате. Р. повністю густо опушені. Трав. р., Брч., (10)15-35(60) см, V-VII(VIII). ..................... ........... 28. Ж. бульбистий – R. bulbosus L. На сухих луках у Карпатах та Лісостепу. Спорадично. Прим. В Україні вид представлений виключно підвидом R. bulbosus subsp. bulbosus. 33. Повзучі голі або слабко опушені р. з довгими столонами, що вкорінюються у вузлах. Кв. 10-30 мм. Пел. 5. Чшл. 5, опушені, не відгинаються під час цвітіння. Горішки ~3 мм; їх дзьобики б.-м. прямі, короткі (~1 мм). Квн. борозенчасті, опушені або майже голі. Базальні л. черешкові, трирозсічені, з широкими трилопатевими сегментами. Нижні ст. л. черешкові, сильніше розсічені. Верхні ст. л. сидячі, розсічені. Середній сегмент л. пластинок розміщується на довгому власному черешечку. Трав. р., Брч., (15)20-50(80) см, V-VIII(IX). ............................. ........................... 29. Ж. повзучий – R. repens L.

Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів На вологих місцях, особливо на порушених ділянках. Звичайно по всій території. – Прямостоячі густо опушені р. з вираженою розеткою базальних л., без столонів. Кв. 15-25 мм. Пел. 5. Чшл. 5, відгинаються донизу під час цвітіння. Горішки 2,5-3 мм, гладкі або з дрібними випинаннями по периметру, облямовані; їх дзьобики гачкувато загнуті, короткі (~0,5 мм). Квн. гранені або бороздчасті, опушені. Базальні л. черешкові, трирозсічені, з широкими трилопатевими сегментами. Нижні ст. л. черешкові, сильніше розсічені. Верхні ст. л. сидячі, розсічені. Середній сегмент л. пластинок розміщується на довгому власному черешечку. Трав. р., Брч., (10)20‑30(50) см, (V)VІ-VІII(IX). ..................... ............ 30. Ж. сардинський – R. sardous Crantz На вологих ділянках, полях, вздовж доріг. У Карпатах, Лісостепу та на Поліссі. Б.-м. звичайно. 34. (31). Невисокі (до 30 см) гірські р. з розвинутим крщ. Квл. сильно видовжене, циліндричне ........................................................ 35 – Р. від 30 см і вище, без кореневища або з дуже коротким крщ. Квл. випукле або округле .................................................................. 37 35. Крщ. волокнисте, нерівномірно потовщене, вертикальне або косонаправлене, з китицями волокон, що стирчать з л. рубців при основі ст. або по всьому кореневищу ... 36 – Кв. 20-30 мм у діаметрі, малочисельні (1-5). Пел. 5. Чшл. 5, опушені, не відгинаються під час цвітіння. Квл. щетинисте лише на верхівці. Горішки ~3 мм, широкояйцеподібні, з загостреним килем і коротким дзьобиком. Квн. циліндричні або слабко борозенчасті після відцвітання. Базальних л. 1-3, довгочерешкові, 3- або 5-розсічені; їх сегменти широкі, зубчастокраї. Нижні ст. л. черешкові, подібні до базальних. Верхні ст. л. сидячі, розсічені на вузькі ланцетоподібні сегменти. Л. опушені. Ст. опушені або майже голі. Крщ. гладке, б.-м. рівномірно потовщене, горизонтальне. Трав. р., Брч., (10)15-30 см,

313

VІ‑VІI(VIII). ............................................................ 31. Ж. карпатський – R. carpaticus Herbich На вапнякових виходах та кам’янистих розсипах у верхньому монтанному, субальпійському і альпійському поясах Карпат. Рідко. 36. Всі л. голі або слабко опушені. Кв. ≤ 2 см. Пел. 5, луски нект. короткі (ширші ніж довші). Чшл. 5, опушені, не відгинаються під час цвітіння. Квл. щетинисте лише на верхівці, нижче (в тому числі на рівні прикріплення тичинок) голе. Горішки 1,5‑2 мм мм, широко-яйцеподібні, з загостреним килем і коротким гачкуватим дзьобиком. Квн. опушені, циліндричні або слабко бороздчасті після відцвітання. Базальних л. 1-3(5), довгочерешкові, 3- або 5-розсічені; їх сегменти широкі, зубчастокраї. Нижні ст. л. черешкові, подібні до базальних. Верхні ст. л. сидячі, розсічені на вузькі ланцетоподібні сегменти. Ст. і молоді л. б.м. голі. Крщ. горбисте, з китицею довгих волокон поблизу основи ст. Трав. р., Брч., 5-15(30) см, (V)VІ-VІI(VIII). .......................... .......... 32. Ж. гірський – R. montanus Willd. На вапнякових виходах, полонинах та кам’янистих розсипах вище монтанного поясу у Карпатах. Рідко. Прим. Вид R. montanus морфологічно і цитогенетично близький до іншого виду – R. pseudomontanus Schur, від якого відрізняється довшим загнутим дзьобиком (1/3-1/4 довжини горішка). Для R. pseudomontanus характерний дуже короткий редукований дзьобик горішка. Ймовірно, ці види є синонімами. – Л. виражено опушені. Пел. 5, луски нект. продовгасті, двовипуклі на кінчиках, виражено довші ніж ширші. Чшл. 5, сильно опушені, не відгинаються під час цвітіння. Квл. щетинисто опушене, в тому числі на рівні прикріплення тичинок. Горішки 1,5‑2 мм мм, з загостреним килем і коротким притиснутим гачкуватим дзьобиком. Квн. опушені, циліндричні або ледь борозенчасті після відцвітання. Базальних л. 1-3(5), довгочерешкові, 3- або 5-розсічені; їх сегменти

314

Modern Phytomorphology 3 (2013)

широкі, зубчастокраї. Нижні ст. л. черешкові, подібні до базальних. Верхні ст. л. сидячі, розсічені на вузькі ланцетоподібні сегменти. Ст. опушені. Крщ. горбисте, з китицею довгих волокон поблизу основи ст. Трав. р., Брч., (5)10-25(30) см, V-VІI(VIII). .............................. .... 33. Ж. гірськолюбний – R. oreophilus Bieb. На полонинах, вапнякових виходах та кам’янистих розсипах у субальпійському поясі Карпат. Вид відомий з Чивчин, проте може бути віднайдений у інших регіонах Карпат. Рідко. 37. (34). Квл. опушене. Квн. бороздчасті або гранені під час цвітіння ............................. 38 –

Квл. голе. Квн. циліндричні ............. 39

38. Л. сильно розсічені на лінійчасті або вузькі ланцетоподібні сегменти, сильно опушені. Кв. 18-25 мм у діаметрі. Пел. 7-14 мм завдовжки. Горішки зі слабко загнутим коротким (≤0,5 мм) дзьобиком, облямовані. Ст. галузисті, при основі відстовбурчено опушені або голі; вгорі – опушені прилягаючими волосками. Трав. р., Брч., (20)30-60(130) см, VІ‑VІI(VIII). ................................................... 34. Ж. багатоквітковий – R. polyanthemos L. У світлих лісах і чагарниках, на узліссях та луках. По всій території, спорадично. Прим. В Україні вид представлений виключно підвидом R. polyanthemos subsp. polyanthemoides (Boreau) Ahlfvengren in Neuman. – Л. 3(5)-роздільні, сегменти л. пластинок широкі, овальні або ланцетоподібні, інколи лопатеві. Кв. 20-35 мм у діаметрі. Пел. 15-20 мм завдовжки. Горішки з довгим (~1,5 мм) сильно загнутим або закрученим спірально дзьобиком, облямовані лише зверху. Ст. слабко галузисті, повністю опушені відстовбурченими і/або прилягаючими волосками. Трав. р., Брч., (20)35-50(100) см, VІ-VІI(VIII). ....................................................... .............. 35. Ж. лісовий – R. serpens Schrenk У лісах і чагарниках, на узліссях, галявинах і луках. У Карпатах, спорадично. Прим. В Україні вид представлений

виключно підвидом R. nemorosus (DC.) G. Lopéz.

serpens

subsp.

39. (37). Кв. (15)20-30(40) мм у діаметрі. Горішки 4-5 мм завдовжки, з довгими (~1,5 мм) закрученими дзьобиками, облямовані. Сегменти л. пластинок базальних л. широкі, яйцеподібні, лопатеві. Р. повністю відстовбурчено опушені. Трав. р., Брч., (20)30-70(100) см, (V)VI-VІI. ............................ 36. Ж. шерстистий – R. lanuginosus L. У широколистяних лісах та чагарниках. У Карпатах, Лісостепу та на Поліссі. Б.-м. звичайно. – Кв. 15-25 мм у діаметрі. Горішки 2-3,5 мм завдовжки, з коротким (0,5‑0,7 мм) загнутими дзьобиками. Сегменти л. пластинок базальних л. вузькі, ланцетоподібні або овальні, лопатеві або зубчастокраї. Р. голі або слабко опушені прилеглими волосками, рідше – відстовбурченими або курчавими волосками. Трав. р., Брч., 20-100(120) см, (V)VI-VІII(IX). ..... 37. Ж. їдкий – R. acris L. У лісах і чагарниках, на галявинах, луках і узліссях. По всій території звичайно. Прим. R. acris – дуже мінливий вид, в межах якого виділяють цілий ряд підвидів. Р. 10-20 см, густо опушені; л. 3-роздільні; суцв. лише з 1-3(5) кв. – subsp. borealis (Regel) Nyman. Р. 20‑50 см, голі або слабко опушені прилягаючими волосками; сегменти л. пластинок лінійчасті або ланцетоподібні, загострені; чшл. голі; суцв. багатоквіткові; може бути присутнє коротке вертикальне крщ. – subsp. acris. Р. >50 см, густо опушені; сегменти л. пластинок продовгасті яйцеподібні або овальні; чшл. опушені відстовбурченими волосками; суцв. багатоквіткове, інколи формується горизонтальне крщ. – subsp. strigulosus (Schur) Hyl. Р. 50-120 см, густо опушені; сегменти л. пластинок продовгасті яйцеподібні або овальні; чшл. опушені прилягаючими волосками; суцв. багатоквіткове, інколи формується горизонтальне крщ. – subsp. friesianus ( Jordan) Rouy et Fouc.

Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів Thalictrum L. – Рутвиця 1. Тич. нитки розширені поблизу пиляків; не тонші ніж пиляки. Суцв. складний щиток або зонтик ................................................. 2 – Тич. нитки тонкі, не розширюються зверху, тонші за пиляки. Суцв. китицеподібне .................................................. 3 2. Суцв. компактний зонтик. Кв. на прямостоячих квн. Оцв. біла або блідорожева. Тич. нитки щонайменше вдвічі ширші за пиляки, білі або жовті. Горішки 3-4 мм, овальні, ребристі, сидячі; дзьобики гачкуваті, ~1 мм завдовжки. Л. пірчастоскладні; листочки округлі, цільнокраї або трилопатеві, сірувато-зелені. Ст. і л. голі. Трав. р., Брч., 15-40 см, V-VI. ............................ 1. Р. гачкувата (Ремана) – Th. uncinatum Rehmann На степових ділянках і вапняках на заході Поділля. Рідко. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009). Прим. Інколи також виділяють Th. podolicum Lecoyer, який відрізняється опушеними знизу вздовж жилок л. пластинками, розлогим пірамідальним суцв., жовтуватими тич. нитками і лише дещо зігнутим, а не гачкуватими дзьобиками горішків. Вид описаний на основі гербарного зразка, проте так і не був повторно віднайдений у природі. – Суцв. розлогий, рідше компактний, щиток. Кв. на довгих (~2 см) прямостоячих квн. Оцв. зеленувата. Тич. нитки однакової ширини або ледь ширші за пиляки, рожевуваточервоні або рожеві. Горішки ~7 мм, овальні, з трьома повздовжніми крилами, звисають на довгих ніжках; дзьобики короткі, притиснуті до горішків. Л. багатократно трійчастоскладні; листочки округлі або яйцеподібні, лопатеві або округлозубчастокраї, сірувато-зелені. Ст. і л. голі. Трав. р., Брч., 40‑120(150) см, V-VI(VII). ............................. 2. Р. орликолиста – Th. aquilegiifolium L. У тінистих лісах, вологих чагарниках, на узліссях та галявинах. У Карпатах, Лісостепу і на Поліссі. Спорадично.

315

3. (1). Л. 3-, 4- або 5-кратно трійчастоскладні. Загальна довжина л. приблизно рівна або дещо більша його ширини .......................... 4 – Л. 2- або 3-пірчастоскладні. Загальна довжина л. значно перевищує його ширину ... 5 4. Кв. жовті, повислі. Приймочки торочкуваті. Горішків ~10, сидячі, сплюснуті, з вираженими борозенками; дзьобики завдовжки з горішки. Р. смердючі, вкриті залозистими і довгими незалозистими волосками. Крщ. коротке. Трав. р., Брч., 20‑40(50) см, VІ-VІI(VІII). ................................ ..................... 3. Р. смердюча – Th. foetidum L. На вапнякових виходах на Поділлі та Розточчі. Рідко. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009). – Кв. жовтувато-зелені, повислі або випрямлені. Приймочки б.-м. гладкі. Горішків 3-15, не сплюснуті або лише слабко стиснуті, зі слабко вираженими борозенками; дзьобики значно коротші горішків. Р. голі або слабко вкриті виключно залозистими волосками. Крщ. коротке, формує дернину. Трав. р., Брч., (15)20-100(150) см, VІ-VІI. ................................. ........................................ 4. Р. мала – Th. minus L. У світлих лісах, сухих чагарниках, галявинах та узліссях, на трав. схилах та луках. По всій території звичайно. Прим. В Україні вид представлений кількома підвидами. Л. розміщені лише в нижній половині пагона; листочки шкірясті, з виступаючими жилками знизу; р. 15‑50(80) см – subsp. olympicum (Boiss. et Heldr.) Strid. Л. розташовані по всьому пагону; листочки (10-20 мм завш.) не мають виражено виступаючих жилок знизу; відгалуження рахісу циліндричні або сплющені; р. 10-40 см – subsp. pseudominus (Borbás) Soó in Soó et Jáv. Л. розташовані по всьому пагону; листочки (4-30 мм завш.) не мають виражено виступаючих жилок знизу; відгалуження рахісу виражено ребристі; р. 25-120(150) см – subsp. minus. 5. (3). Надв’язальця у тичинок відсутні або дуже короткі ................................................... 6 – Кв. жовтувато-зелені, повислі або

316 випрямлені. Горішки продовгасті, ребристі; дзьобики короткі, стрілоподібні. Л. 2- або 3-пірчастоскладні; листочки ланцетоподібні або лінійчаті, лопатеві, зубчастокраї або цільнокраї. Р. голі, з довгими підземними столонами. Трав. р., Брч., (20)30-70(120) см, VІ-VІI(VIII). ........ 5. Р. проста – Th. simplex L. Вологі широколистяні ліси, вологі луки та чагарники, інколи на вапнякових виходах. По всій території спорадично. Прим. Імовірно, в Україні вид представлений виключно підвидом Th. simplex subsp. simplex, який має продовгасті клиноподібні, лопатеві або зубчастокраї листочки верхніх ст. л.; вузькі щільні суцв. з л., які присутні до самої верхівки суцв.; короткі квн. Проте можуть бути віднайдений й інший підвид. Листочки верхніх ст. л. вузькі ланцетоподібні або лінійчаті, цільнокраї; л. у верхній частині суцв. відсутні; квн. короткі – subsp. galioides (DC.) Korsh. 6. Оцв. жовта. Тич. з дуже короткими редукованими надв’язальцями. Горішки еліптичні, з 6 поздовжніми борозенками; з короткими гачкуватими дзьобиками. Л. 2- або 3-пірчастоскладні, не блискучі. Молоді л. з прилисточками. Листочки обернутояйцеподібні або овальні, зубчастокраї або лопатеві, на окремих черешечках. Присутні підземні столони. Трав. р., Брч., (40)60-100(120) см, VІ-VІI(VIII). ..... ................................... 6. Р. жовта – Th. flavum L. Вздовж берегів рік, на вологих луках і у чагарниках. По всій території спорадично. – Оцв. зеленувато-жовта. Тич. без надв’язалець. Горішки еліптичні або S-подібно зігнуті, з 8-10 вираженими поздовжніми борозенками і гострим коротким дзьобиком. Л. 2- або 3-пірчастоскладні, блискучі, без прилисточків. Листочки нижніх ст. л. овальні або клиноподібні, а верхніх – вузькі ланцетоподібні або лінійчаті, сидячі. Крщ. коротке, формує дернину. Трав. р., Брч., 60‑120(150) см, VІ-VІI. ....................................... ........................ 7. Р. блискуча – Th. lucidum L. Переважно вздовж берегів рік, а також на вологих луках та чагарниках. По всій

Modern Phytomorphology 3 (2013) території спорадично. Adonis L. – Горицвіт 1. Орч. р. Оцв. червона або оранжева. Пел. 5-8. Тич. чорно-червоні. Базальні л. не редуковані .............................................................. 2 – Брч. р. Оцв. жовта. Пел. 10-20. Тич. жовті. Базальні л. редуковані до лусок ............ 5 2. На зовнішній від осі квл. поверхні горішка присутні гострі або округлі виступизубчики ................................................................... 3 – Кв. 15-25 мм у діаметрі. Зовнішня поверхня горішка гладка або з невеликим зубчиком знизу; дзьобик (стовпчик) рівний, однакового кольору з горішком. Чшл. голі, щонайменше дорівнюють 2/3 довжини пелюсток. Трав. р., Орч., 25-45(60) см, VI‑VII(IX). ...... 1. Г. однорічний – A. annua L. Зрідка культивується як дек. р., інколи дичавіє. Може бути віднайдена вздовж доріг, на полях та у посівах. Спорадично. Прим. В Україні вид представлений виключно підвидом A. annua subsp. annua. 3. Чшл. голі або слабко опушені. Дзьобики горішків повністю зелені, одного кольору з горішками ............................................ 4 – Кв. 20-30 мм у діаметрі. Чшл. густо опушені, дорівнюють 1/3-1/2 довжини пелюсток. Горішки темні, з одним зубчиком, що розміщується поблизу дзьобика (стовпчика). Дзьобики рівні, короткі, кінчики дзьобиків чорні. Ст. повністю або принаймні знизу опушені. Трав. р., Орч., (10)20‑50 см, V-VII(VIII). .............................................................. ................. 2. Г. полум’яний – A. flammea Jacq. На сухих схилах, степових ділянках, у полях та на вапняках. На Поділлі. Спорадично. 4. Кв. 10-35 мм у діаметрі. Оцв. червона або оранжева, рідше жовта. Чшл. дещо коротші ніж пел. Горішки 3,5-6 мм, з поперечним рубцем посередині і двома

Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів зубчиками: нижній гострий і довгий, а верхній – маленький, округлий, розміщується на 1/3 відстані від дзьобика (стовпчика). Трав. р., Орч., 20-60(70) см, V-VII(VIII). ...................... ............................... 3. Г. літній – A. aestivalis L. На сухих схилах, вздовж доріг, у посівах та на полях, переважно на вапняках. На Поділлі спорадично, у інших районах – рідко. – Кв. 10-25 мм у діаметрі. Оцв. жовта, рідше оранжева. Горішки 2,5-4 мм, без поперечного рубця посередині, з двома зубчиками: нижній гострий і довгий, а верхній – маленький, округлий, безпосередньо біля дзьобика. Трав. р., Орч., 10-25(50) см, VІ‑VII(VIII). ............................................................. .......... 4. Г. дрібноплодий – A. microcarpa DC. На сухих схилах, вздовж доріг, у посівах та на полях, переважно на вапняках. На Поділлі рідко. 5. (1). Кв. (20)30-40(80) мм у діаметрі. Пел. до 40 мм. Чшл. становлять 1/3 від довжини пелюсток, опушені. Горішки округлі, зморшкуваті, густо опушені, з гачкуватим дзьобиком. Сегменти л. пластинки вузькі, лінійчаті, цільнокраї. Ст. пряме або розгалужене. Трав. р., Брч., (10)20-40(45) см, ІV-V. ....................... 5. Г. весняний – A. vernalis L. У ксеротермних угрупованнях і чагарниках. На Поліссі та у Лісостепу рідко. Інколи культивується як дек. р. Охорон. ЧКУ (Дідух 2009) і CITES (1973). – Кв. 10-25 мм у діаметрі. Пел. до 20 мм. Чшл. становлять 1/3 від довжини пелюсток, опушені. Горішки округлі, зморшкуваті, опушені лише при основі, з гачкуватим дзьобиком. Сегменти л. пластинки вузькі, лінійчаті, цільнокраї. Ст. сильно розгалужене. Трав. р., Брч., 10‑15(25) см, ІV-V. ................................................ 6. Г. волжський – A. volgensis Steven ex DC. На луках та сухих схилах, а також степових ділянках на півдні Поділля. Рідко. Охорон. ЧКУ як A. wolgensis Steven ex DC. (Дідух 2009).

317

Використані джерела Ворошилов В.Н. 1945. Заметки по систематике видов аконита флоры СССР. Ботан. журн. 30 (3): 125–143. Ворошилов В.Н. 1990. Европейские виды рода Aconitum L. Бюлл. глав. бот. сада. 158: 36–41. Дідух Я.П. (ред.) 2009. Червона книга України. Рослинний світ. Глобалконсалтинг, Київ. Кобів Ю. 2004. Словник українських наукових і народних назв судинних рослин. Наук. думка, Київ. Комаров В.Л., Шишкин Б.К. (ред.) 1937. Флора СССР. Т. VII. Изд-во АН СССР, Санкт-Петербург. Новіков А.В. 2009. Аконіти Українських Карпат. Роль гірських резерватів і національних парків у збереженні природної спадщини гірських територій (Мат-ли міжнар. наук.-практ. конф., Кострино 2325 вересня, 2009 р.): 185–190. Новіков А.В. 2010. Деякі питання охорони аконітів Українських Карпат. Рослинний світ у Червоній книзі України: впровадження Глобальної стратегії збереження рослин (Мат-ли міжнар. наук. конф., Київ, 11-15 жовтня 2010 р.): 151–156. Новіков А.В., Мітка Ю. 2011a. Рід Aconitum L. в Українських Карпатах. Studia Biologica 5 (2): 153– 172. Новіков А.В., Мітка Ю. 2011b. Ключ для визначення видів роду Aconitum L. (Ranunculaceae Juss.) Українських Карпат. Біологічні системи 3 (1): 51–55. Прокудин Ю.Н. (ред.) 1987. Определитель высших растений Украины. Наук. думка, Киев. Стойко С.М., Тасєнкевич Л.О., Мілкіна Л.І. та ін. 1982. Флора і рослинність Карпатського заповідника. Наук. думка, Київ. Цвелев Н.Н. 2001. Флора Восточной Европы. Т. Х. Мир и семья, Санкт-Петербург. Чопик В.І. 1977. Визначник рослин Українських Карпат Наук. думка, Київ. Ascherson P., Graebner P. 1929. Synopsis der Mitteleuropäischen Flora. Band V, Abtheilung 2. Verlag von Gebrüder Borntraeger, Leipzig. Beldie A. 1977. Flora României. Determinator ilustrat al plantelor vasculare. T. 1. Edit. Acad. Repub. Soc. Rom., Bucureşti. Bern Convention 1999. Convention on conservation of European wildlife and natural habitats. Appendix 1. Bern. CITES 1973. Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora. Appendix II. Washington. Cook C.D.K. 1963. Studies in Ranunculus subgenus Batrachium (DC.) A. Gray II. General morphological considerations in the taxonomy of the subgenus. Watsonia 5 (5): 294–303.

318 Domin K. 1929. Kritické poznámky o druzích rodu Aconitum na Podkarpatské Rusi. Věda Přír., Praha 10: 304–309. Dostal J. 1954. Klíč k úplné květeně ČSSR. Nakladatelství ČSAV, Praha. Dostal J. 1989. Nová květena ČSSR. T. 1. Academia, Praha. Emadzade K., Gehrke B., Linder H.P., Hörandl E. 2011. The biogeographical history of the cosmopolitan genus Ranunculus L. (Ranunculaceae) in the temperate to meridional zones. Mol. Phylogenet. Evol. 58: 4–21. Fischer M.A., Oswald K., Adler W. 2008. Exkursionsflora für Österreich, Liechtenstein und Südtirol. Biologiezentrum der Oberösterreichischen Landesmuseen, Linz. Flora Europaea Database 2012. Database of European Plants (ESFEDS). Royal Botanical Garden, Edinburgh. http://rbg-web2.rbge.org.uk/FE/fe.html. Futák J., Bertová L. (eds) 1982. Flóra Slovenska. T III. Véda, Bratislava. Gáyer G. 1930. Nachträge und Berichtigungen zur Bearbeitung der Gattung Aconitum in der AschersonGraebnerschner Synopsis. Mag. Bot. Lap. 29: 39–48. Hegi G. 1912. Illustrierte Flora von Mitteleuropa. T. 3. Lehman, München. Hejný S., Slavík B. (red.) 1988. Kvétena České Socialistické Republiky. T. 1. Academia, Praha. Holub J. 1956. Příspěvek ke květeně Slovenského krasu. II. Preslia, Praha 26: 87–97. Hoot S. 1991. Phylogeny of the Ranunculaceae based on epidermal microcharacters and macromorphology. Syst. Bot. 16 (4): 741–755. Hoot S. 1995. Phylogeny of the Ranunculaceae based on preliminary atpB, rbcL and 18S nuclear ribosomal DNA sequence data. Plant Syst. Evol. 9 (suppl.): 241–251. Hörandl E., Paun O., Johansson J.T., Lehnebach C., Armstrong T., Chen L., Lockhart P. 2005. Phylogenetic relationships and evolutionary traits in Ranunculus s.l. (Ranunculaceae) inferred from ITS sequence analysis. Molec. Phylog. Evol. 36: 305−327. Hörandl E., Emadzade K. 2011. The evolution and biogeography of alpine species in Ranunculus (Ranunculaceae) – a global comparison. Taxon 60 (2): 415−426. Hörandl E., Emadzade K. 2012. Evolutionary classification: a case study on the diverse plant genus Ranunculus L. (Ranunculaceae). Perspect. Plant Ecol. 14: 310-324. IPNI 2012. International Plant Names Index. Prep. by: Plant Names Project, Harvard University Herbaria, Kew Royal Botanic Garden, Australian National Herbarium. http://www.ipni.org/index.html. Jabbour F., Renner S. 2011. Consolida and Aconitella are an annual clade of Delphinium (Ranunculaceae) that diversified in the Mediterranean basin and the

Modern Phytomorphology 3 (2013) Irano-Turanian region. Taxon 60 (4): 1029–1040. Jabbour F., Renner S. 2012. A phylogeny of Delphinieae (Ranunculaceae) shows that Aconitum is nested within Delphinium and that Late Miocene transitions to long life cycles in the Himalayas and southwest China coincide with bursts in diversification. Mol. Phylogenet. Evol. 62: 928–942. Jalas J., Suominen J. (eds) 1989. Atlas Florae Europaeae. Distribution of vascular plants in Europe. 8. Nymphaeaceae to Ranunculaceae. Commit. Map. Flora Europe & Soc. Biol. Fennica Vanamo, Helsinki. Mitka J. 2003. The genus Aconitum L. (Ranunculaceae) in Poland and adjacent countries. A phenetic-geographic study. Zakład Poligraf. U-tu Jagiellońskiego, Kraków. Mitka J. 2008. Aconitum moldavicum Hacq. (Ranunculaceae) and its hybrids in the Carpathians and adjacent regions. Roczn. Bieszczadzkie 16: 233–235. Mitka J., Novikoff A. 2011. The genus Aconitum L. in Ukraine. Мат-ли XIII з’їзду УБТ (Львів, 19-23 вересня 2011 р.): 65. Mosyakin S.L., Fedoronchuk M.M. 1999. Vascular plants of Ukraine. A nomenclatural checklist. M.G. Kholodny Institute of Botany, Kiev. Novikoff A.V., Mitka J. 2011. Taxonomy and ecology of the genus Aconitum L. in the Ukrainian Carpathians. Wulfenia 18: 37–61. Paun O., Lehnebach C., Johansson J.T., Lockhart P., Hörandl E. 2005. Phylogenetic relationships and biogeography of Ranunculus and allied genera in the Mediterranean and the European alpine system (Ranunculaceae). Taxon 54 (4): 911–930. Paun O., Schönswetter P., Winkler M., Intrabiodiv Consortium, Tribsch A. 2008. Historical divergence vs. contemporary gene flow: evolutionary history of the calcicole Ranunculus alpestris group (Ranunculaceae) in the European Alps and the Carpathians. Mol. Ecol. 17: 4263–4275. Reichenbach H.G.L. 1838. Icones florae germanicae et helveticae. Bd. I. Sumtibus Ambrosii Abel, Lipsiae. Ronikier M. 2010. Distribution of the arctic-alpine Ranunculus glacialis (Ranunculaceae) in the Carpathians, with a new locality in the Fagaras Mountains (Romania). Polish Bot. J. 55 (1): 199–207. Rothmaler W. 2009. Exkursionsflora von Deutschland. B. 3. Gefäßpflanzen: Atlasband. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg. Rutkowski L. 2008. Klucz do oznaczania roślin naczyniowych Polski niżowej. PWN, Warszawa. Seitz W., Zinsmeister H.D., Abicht M. 1972. Beitrag zur Systematik der Gattung Aconitum in Europa. Bot. Jahrb. Syst. 92 (4): 490–507. Skalický V. 1982. Notula systematicae, diagnosticae et nomenclaturicae ad Aconitum generis investigationem pertinentes. Preslia, Praha 54: 115–122. Skalický V. 1985. Taxonomische und nomenklatorische

Новіков А.В. Ranunculaceae Західної України. І. Ключ для визначення видів Bemerkungen zu den Gattungen Aconitum L. und Pulsatilla Mill. Preslia, Praha 57: 135–143. Skalický V. 1990. Rod Aconitum na Československu. Zprávy Českoslov. Bot. Spol. 25 (2): 1–27. Starmühler W. 2002. Ranunculaceae subtrib. Delphiniinae exiccatae, Fasc. 5 (Nr. 81-100). Fritschiana 30: 1–12. Starmühler W., Mitka J. 2001. Systematics and chorology of Aconitum sect. Napellus (Ranunculaceae) and its hybrids in the Northern Carpathians and Forest Carpathians. Thaiszia 10: 115–136. Szafer W. (red.) 1927. Flora Polska. Rośliny naczyniowe Polski I ziem ościennych. T. III. Dwuliścienne wolnopłatkowe: Dwuokwiatkowe. PWN, Warszawa – Krakow. Szafer W., Kulczyński, B. pawłowski. 1988. Rośliny Polskie. Cz. I. PWN, Warszawa. Takhtajan A. 2009. Flovering plants. Springer Science + Business Media B.V., Dordrecht. Tamura M. 1990. A new classification of the family Ranunculaceae. 1. Acta Phytotax. Geobot. 41: 93–101. Tamura M. 1993. Ranunculaceae. In: Kubitzky K., Rohwer J.G., Bittrich V. (eds), The families and genera of vascular plants. Vol. 2. Flowering plants. Dicotyledons: 563–583. Springer Verlag, Berlin. Tamura M. 1995. Angiospermae. Ordnung Ranunculales. Fam. Ranunculaceae. II. Systematic Part. In: Hiepko P. (ed.), Die natürlichen Pflanzenfamilien, 2nd ed., vol. 17a, IV: 223–519. Duncker & Humblot, Berlin.

319

Tasenkevich L. 1998. Flora of the Carpathians. Checklist of the native vascular plant species. SNHM, Lviv. The Plant List 2010. A working list of all plant species. Version 1, released in December 2010. http://www. theplantlist.org/ Thomé O.W. 1885. Flora von Deutschland, Österreich und der Schweiz. Gera, Zezschwitz. Tutin T.G., Heywood V.H., Burges N.A. et al. 1964. Flora Europaea. Vol. 1. Cambridge Univ. Press, Cambridge. Tutin T.G., Chater A.O. 1993. Ranunculacea. In: Tutin T.G., Burges N.A., Chater A.O. et al. Flora Europaea. Vol. 1. Psilotaceae to Platanaceae: 248–292 Cambridge Univ. Press, Cambridge. Uteli A.B., Roy B., Baltisbereger M. 2000. Molecular and morphological analyses of European Aconitum species (Ranunculaceae). Plant Syst. Evol. 224: 195–212. Zapałowicz H. 1908. Conspectus florae Galiciae criticus. T. II. Akad. Umiejętn., Kraków. Ziman S., Keener C.S., Kadota Y., Bulakh E., Tsarenko O., Dutton B.E. 2004. A taxonomic revision of Anemone L. subgenus Anemonanthea (DC.) Juz. sensu lato (Ranunculaceae) I. J. Jpn. Bot. 79 (1): 43–71. Ziman S., Ehrendorfer F., Kadota Y., Keener C.S., Tsarenko O., Bulakh E., Dutton B.E. 2005. A taxonomic revision of Anemone L. section Omalocarpus DC. sensu lato (Ranunculaceae): Part I. J. Jpn. Bot. 80 (5): 282–302.

RANUNCULACEAE OF THE WESTERN UKRAINE. І. IDENTIFICATION KEY Andrew V. Novikoff Abstract. In these paper the identification key for Ranunculaceae of Lviv, Transcarpathian (Zakarpattia), Rivne, Volhynia, Ivano-Frankivsk, Chernivtsi, Ternopil and Khmelnitsk regions (oblasts) is introduced. The key includes 102 species. It is based on contemporary investigations on taxonomy of the family Ranunculaceae. The key is carried out up to the level of species but in some cases there are short remarks about subspecific structure of selected taxa. Also it is supported by short notes about distribution, ornamental usage and protection of represented species. Key words: Ranunculaceae, Western Ukraine, identification key State Natural History Museum NAS Ukraine, 18 Teatralna str., Lviv, 79008, Ukraine; novikoffav@gmail.com

Author index B Badanina V.A.......................267 Barabasz-Krasny B................. 1 9 Błażewicz‑Woźniak M........111 Boroń P...................................... 9 Brindza J.................................. 4 5 Buczkowska H....................... 9 9 Bukhtiyarova L.N................231 Buyun L.I..............................293 Č Čiamporová M.....................131 D Dąbski M................................. 7 3 Danylyuk K......................7, 255 Datta B.K................................ 3 9 Denisow B............................... 8 7 Dinç M..............................25, 29 Doğu S...............................25, 29 Dzida K......................57, 63, 77 F Fiala R....................................131 Fishchuk O.S........................245 Futorna O.A.......249, 267, 273 G Gantner M............................111 Grabovetska O....................... 4 5 Gruszecki R..........................125 Grygorieva O......................... 4 5 Gyrenko A.G........................287 J Janiuk M................................111 Jarosz Z.......................57, 63, 77 K Kalinkina V.A.......................201 Kalistaya M.S.......................153 Kenderešová L.....................131 Klymenko S............................ 4 5 Kondratyuk S.Y....................219 Kondratyuk T.......................225 Konopińska J.......................... 5 7 Konopiński M......................119

Kościńska-Pająk M................ 3 5 Kozak D................................... 7 3 Kuzmina T.N........................185 L Laskowska H.......................... 6 9 Lyakh A.M............................213 Ł Łabuda H..............................105 M Majumdar K........................... 3 9 Martinka M..........................131 Michałojć Z............................ 7 7 Mitka J....................................... 9 Musiał K.................................. 3 5 N Najda A................. 99, 105, 111 Nedukha O.M......................259 Novikoff A.V.....................7, 297 Nurzyńska-Wierdak R. .....115 O Odintsova A.V.............241, 245 Ostrovský R............................ 4 5 P Parzymies M.....................69, 73 Pavlenko-Barysheva V.S.....281 Pavlovkin J............................131 Peregrym O.M.....................249 Pitura K......................57, 63, 77 Plaksina T..............................207 Pogroszewska E..................... 6 9 Popova I................................207 Puła J........................................ 5 1 R Rożek E................................... 8 3 Repka V.................................131 Ryzhov V...............................207 S Sałata A..................................125 Savinov I.A ..........................161

Savinykh N...........................139 Scherbakova O.F..................153 Shabalkina S.........................195 Shevchenko S.V....................177 Skrypec C.I...........................241 Sołtys-Lelek A........................ 1 9 Stokłosa A............................... 5 1 Sutkowska A............................. 9 Syshchykov D.V....................131 T Tarasenko L..........................207 Teteryuk B.Yu.......................167 Tsymbalyuk Z.M.................189 Turis P...................................... 1 9 Turisová I................................ 1 9 W Wrzesień M............................ 8 7 Y Yatsenko M.V........................267 Z Zhuravlyeva I.......................147 Zhygalova S.V.......................273 Ż Żuber S..................................119

Авторський показчик Авторский указатель Б Баданіна В.А........................267 Бухтіярова Л.М..................231 Буюн Л.І...............................293

Т Тарасенко Л.В.....................207 Тетерюк Б.Ю.......................167

Г Гиренко О.Г.........................287

Ф Фіщук О.С............................245 Футорна О.А.....249, 267, 273

Д Данилюк К.М.................7, 255

Ц Цымбалюк З.Н...................189

Ж Жигалова С.Л.....................273 Журавлёва И.......................147

Ш Шабалкина С......................195 Шевченко С.В.....................177 Щербакова О.Ф..................153

К Калинкина В.А...................201 Калистая М.С.....................153 Кондратюк С.Я..................219 Кондратюк Т.О...................225 Кузьмина Т.Н......................185 Л Лях А.М................................213 Н Недуха О.М.........................259 Новіков А.В.....................7, 297 О Одінцова А.В..............241, 245 П Павленко-Баришева В.С.....281 Перегрим О.М...................249 Плаксина Т.И......................207 Попова И.А.........................207 Р Рыжов В.М...........................207 С Савинов И.А.......................161 Савиных Н...........................139 Скрипець Х.І.......................241

Я Яценко М.В.........................267

ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ АВТОРОВ Современная Фитоморфология выходит один раз в год, публикует оригинальные научные статьи, обзоры и короткие сообщения, которые касаются анатомических, морфологических, физиологических и таксономических с использованием морфологических признаков исследований растений и грибов в широком смысле. Преимущество отдается работам, написанным на английском языке, но также к рассмотрению принимаются публикации на украинском и русском языках. Объем публикации – не ограничен; шрифт Times New Roman, размер – 12, отступ – 1,25 см, интервал – 1,5; все поля – по 2 см; выравнивание по шырине. Последовательность текста: 1) УДК, 2) название публикации, 3)имена и фамилии авторов, 4) аннотация (не менее 100 слов) и ключевые слова на языке основного текста, 5) названия и адреса учреждений и e-mail авторов, 6) основной текст, 7) список использованных источников приведенного образца, 8) подписи к рисункам и таблицам на языке основного текста и продублированные на английском. В случае, если основной текст написан на русском либо украинском языках, тогда после подписей также подаются на английском языке: 1) название публикации, 2) имена и фамилии авторов, 3) аннотация (не менее 100 слов) и ключевые слова, 4) названия и адреса учреждений и e-mail авторов. Ссылки в в тексте просим подавать следующим образом. Для одного автора: (Kondracki 1978); для двух авторов: (Capelletti & Poldini 1984); для трьох и более авторов: (Cieśliński et al. 2009). Допускаются также ссылки: Kondracki (1978: 55-60); (Kondracki 1978, 1980). Материалы просим присылать на электронный ящик редакции (novikoffav@gmail.com). Текст следует подавать в форматах «.doc», «.docx» либо «.rtf». Рисунки следует подавать отдельными файлами в форматах «.jpg» або «.tiff» с разрешением не менее 300 dpi, или вставлять в конце текстового файла на отдельных страницах. Таблицы необходимо подавать отдельными файлами форматов «.xls» или «.xlsx», в конце текстового файла на отдельных страницах. Каждый автор бесплатно получает pdf собственной статьи. Редакция оставляет за собой право редактировать и отклонять материалы, которые не соответствуют правилам оформления либо тематике журнала. Образец оформления списка цитируемых источников: Capelletti E. & Poldini L. 1984. Seed morphology in some European aconites (Aconitum, Ranunculaceae). Plant Syst. Evol. 145: 193-201. Cieśliński S., Czyżewska K., Fabiszewski J. 2003. Red list of extinct and threatened lichens in Poland. In: K. Czyżewska (ed.), The threat to lichens in Poland. Monogr. Bot. 91: 13-49 (in Polish). Paczoski J. 1927. Aconitum. In: W. Szafer (ed.), Flora Polska. 3: 19-25. PWN, Warszawa-Krakow. Kondracki J. 1978. Karpaty. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne,Warszawa.

IНФОРМАЦIЯ ДЛЯ АВТОРIВ Сучасна Фітоморфологія виходить один раз на рік, публікує оригінальні наукові статті, огляди та короткі повідомлення, що стосуються анатомічних, морфологічних, фізіологічних і таксономічних з використанням морфологічних ознак досліджень рослин та грибів у широкому розумінні. Перевага надається статтям, написаним англійською мовою, проте також приймаються до розгляду публікації, написані українською або російською мовами. Обсяг публікації – не обмежений; шрифт Times New Roman, розмір – 12, відступ – 1,25 см, інтервал – 1,5; усі поля – по 2 см; вирівнювання по ширині. Порядок тексту: 1) УДК, 2) назва публікації, 3) імена і прізвища авторів, 4) анотація (не менше 100 слів) і ключові слова мовою основного тексту, 5) назви і адреси установ і e-mail авторів, 6) основний текст, 7) список використаних джерел наведеного зразка, 8) підписи до рисунків і таблиць мовою основного тексту і продубльовані англійською мовою. У випадку, якщо основний текст подано українською або російською мовою, після підписів подаються англійською мовою: 1) назва публікації, 2) імена і прізвища авторів, 3) анотація (не менше 100 слів) і ключові слова, 4) назви і адреси установ і e-mail авторів. Посилання в тексті просимо подавати наступним чином. Для одного автора: (Kondracki 1978); для двох авторів: (Capelletti & Poldini 1984); для трьох і більше авторів: (Cieśliński et al. 2009). Допускаються посилання: Kondracki (1978: 55-60); (Kondracki 1978, 1980). Матеріали просимо надсилати на скриньку редакції (novikoffav@gmail.com). Текст слід надсилати у форматах «.doc», «.docx» або «.rtf». Рисунки слід подавати окремими файлами у форматі «.jpg» або «.tiff» з роздільністю не менше 300 dpi, або ж вставляти у кінці текстового файлу на окремих сторінках. Таблиці слід подавати окремими файлами у форматі «.xls» або «.xlsx», або ж розміщувати у кінці текстового файлу. Кожен автор отримує безкоштовно pdf власної статті Редакція залишає за собою право редагувати і відхиляти матеріали, які не відповідають правилам оформлення або ж тематиці журналу.

Зразок оформлення списку використаних джерел:

Capelletti E. & Poldini L. 1984. Seed morphology in some European aconites (Aconitum, Ranunculaceae). Plant Syst. Evol. 145: 193-201. Cieśliński S., Czyżewska K., Fabiszewski J. 2003. Red list of extinct and threatened lichens in Poland. In: K. Czyżewska (ed.), The threat to lichens in Poland. Monogr. Bot. 91: 13-49 (in Polish). Paczoski J. 1927. Aconitum. In: W. Szafer (ed.), Flora Polska. 3: 19-25. PWN, Warszawa-Krakow. Kondracki J. 1978. Karpaty. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne,Warszawa.

INFORMATION FOR AUTHORS Modern Phytomorphology publishes original research articles, reviews and short reports covering anatomical, morphological, physiological and taxonomical on the base of morhology investigations of plants and fungi in wide sense. Journal prefers manuscripts written in English, but also accepts papers in Russian and Ukrainian. Modern Phytomorphology is annual. The manuscript size is unlimited; font – Times New Roman, size – 12 pt., indentation – 1,25 сm, 1,5-spaced, width fitted; margins 2 cm on all four sides. Text sequence: 1) article title, 2) author’s names, 3) abstract (no less than 100 words) and keywords in the language of main text, 4) institute, postal address, e-mail, 5) main text, 6) references by the following examples, 7) titles for figures and tables in the language of main text and in English. If the language of the main text is different from English, than you also must write in English by 10 pt.: 1) article title, 2) author’s names, 3) abstract (no less than 100 words) and keywords, 4) institute, postal address, e-mail. References in the text should be quoted as follows. For one author: (Kondracki 1978); for two authors: (Capelletti & Poldini 1984); for three or more authors: (Cieśliński et al. 2009). Also can be quoted as Kondracki (1978: 55-60) or (Kondracki 1978, 1980). Please send the manuscripts to the editor (novikoffav@gmail.com). Text should be saved as «.doc», «.docx» or «.rtf» files. Images should be given as separate “.jpg” or “.tiff ” files (300 dpi), or they also may be placed at the end of the main file on the separated pages. Tables should be given as separate “.xls” or “.xlsx” files, or they can be placed at the end of the main file on the separate pages too. Pdf of each paper are supplied to each author free of charge. Editorial board reserves the right to edit and decline the papers which have format errors or do not correspond to the journal thematics.

References examples Capelletti E. & Poldini L. 1984. Seed morphology in some European aconites (Aconitum, Ranunculaceae). Plant Syst. Evol. 145: 193-201. Cieśliński S., Czyżewska K., Fabiszewski J. 2003. Red list of extinct and threatened lichens in Poland. In: K. Czyżewska (ed.), The threat to lichens in Poland. Monogr. Bot. 91: 13-49 (in Polish). Paczoski J. 1927. Aconitum. In: W. Szafer (ed.), Flora Polska. 3: 19-25. PWN, Warszawa-Krakow. Kondracki J. 1978. Karpaty. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne,Warszawa.

â&#x20AC;&#x153;Due to historical declines in the interest and teaching of plant morphology, it has come to be viewed largely as a provider of characters for systematic circumscription, hence virtually synonymous with plant systematics. Given that contemporary systematics has put a greater emphasis on molecular rather than morphological data, the time seems ripe to reevalute plant morphology and what its role can and should be in modern plant biology.â&#x20AC;? Donald R. Kaplan, 2001

ISSN 2226-3063 e-ISSN 2227-9555