Морфология эпикутикулярных отложений воска на поверхности семенной кожуры в трибе Sileneae (Caryophyllaceae)

  • V.O. Romanova Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН
  • T.I. Kravtsova Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН
Ключевые слова: кутикула, семена, систематика, структуры эпикутикулярного воска, филогения, Caryophyllaceae, Silene, Sileneae.

Аннотация

Впервые с помощью СЭМ изучена морфология структур эпикутикулярного воска на поверхности семенной кожуры в трибе Sileneae DC., Caryophyllaceae Juss. (у 74 видов из 24 родов согласно классификации Н. Н. Цвелева, 2001). Основными выявленными морфологическими типами воска являются мелкие зерна, призматические кристаллы (отдельные октаэдры и друзы), прямоугольные пластинки и палочки, в основом собранные в стопки либо в неупорядоченные группы, округлые и овальные пластинки, конгломераты частиц воска различного типа. Наиболее распространены зерна и призматические кристаллы, последние найдены в 11 родах, у 21 вида. Обилие восковых отложений, обнаруженное у Coccygantheflos-cuculi (L.) Fourr., Lychniswilfordii (Regel) Maxim, Melandriumdioicum (L.) Coss.etGerm., Obernabehen (L.) Ikonn., сопровождается разнообразием их морфологии (имеются как призматические кристаллы, так и другие морфологические типы), при этом набор типов воска, их взаимное расположение, преобладание того или иного типа является видовой особенностью. Сопоставление полученных результатов с молекулярными данными, начиная с работы Oxelman и Lidén (1995) показало отсутствие призматических кристаллов воска на семенной кожуре в монотипных базальных кладах и их наличие у представителей всех родов Viscaria-group (Atocion Adans., Minjaevia Tzvel., Viscaria Bernh.), Lychnis-group (Coccyganthe(Reichenb.)Reichenb., Coronaria Guett., Lychnis L.) и некоторых родов терминальной Silene-group (MelandriumRohl., ObernaAdans., пяти секций рода Silenes. str.). Результат обработки поверхности семян органическими растворителями (гексаном, этиловым эфиром) оказался различным у видов. Кроме того, выяснено, что призматические кристаллы и округлые пластинки воска растворяются разными растворителями. Выяснено, что наличие структурированного воска на поверхности семенной кожуры, количество и форма восковых отложений связаны не только с систематическим положением таксона в трибе Sileneae, но также с экологией: большое количество эпикутикулярного воска и разнообразие его морфологических форм обнаружены у видов, приуроченных к сырым местообитаниям.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.
DOI:https://doi.org/10.14258/turczaninowia.22.1.16

Литература

AmeluncherF., MorgenrothK., PicksakT. 1967.UntersuchungenanderEpidermis mit dem Stereoscan-Elektronenmikroskop. Pflanzenphysiology 57(1):79–95.
Bargel H., Koch K., Cerman Z., Neinhuis C. 2006. Structure-function relationships of the plant cuticle and cuticular waxes – a smart material?Functional Plant Biology 33: 893–910.
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.1984. Microstructural features of seed surfaces. In: Current concepts in plant taxonomy. Eds. V. H. Heywood, D. M. Moore. Systematics Association Spec. Vol. 25. Academic Press, London, Orlando, 95–105 pp.
Barthlott W. 1994.Epicuticular wax ultrastructure and systematics. In: Evolution and Systematics of the Caryophyllales.Eds. H. D. Behnke, T. J. Mabry. Springer-Verlag, Berlin, 75–86 pp.
Barthlott W., Frölich D.1983.Mikromorpholgie und Orientierungsmuster epicularerWachs-Kristalloide: Ein neues systematisches Merkmal bei Monokotylen. Pl. Syst. Evol. 142(3–4): 171–185.
Barthlott W., Mail M., Bhushan B., Koch K. 2017. Plant Surfaces: Structures and Functions for Biomimetic Innovations. Nano-Micro Lett. 9:23. DOI: 10.1007/s40820-016-0125-1.
Barthlott W., Mail M., Neinhuis C. 2016. Superhydrophobic hierarchically structured surfaces in bilogy: evolution, structural principles and biomimetic implications. Phil. Trans. R. Soc. A. 374: 20160191. DOI: 10.1098/rsta.2016.0191
Barthlott W., Neinhuis C., Cutler D., Ditsch F., Meusel I., Theisen I., Wilhelmi H.1998. Classification and terminology of plant epicuticular waxes.Bot. J. Linn. Soc. 126(3): 237–260. DOI: 10.1111/j.1095-8339.1998.tb02529.x.
Barthlott W., Theisen I., Borsch T., Neinhuis C. 2003. Epicuticular waxes and vascular plant systematics: integrating micromorphological and chemical data. In: Deep morphology: toward a renaissance of morphology in plant systematics. Eds. T. F. Stuessy, V. Mayer, E. Hörandl. A. R. G. Gantner, Ruggel, 189–206 pp.
Barthlott W., Wollenweber E.1981. ZurFeinstruktur, Chemie und taxonomischen Signifikanz epicuticularer Wachse und ähnlicher Sekrete. Tropischeund subtropische Pflanzenwelt 32: 7–67.
Boesewinkel F. D., Bouman F. 1984. The seed: structure. In: Embryology of angiosperms. Ed. B. M. Johri. Springer, Berlin, Heidelberg, 567–610 pp.
De Bary A. 1871. Ueber die Wachsüberzüge der Epidermis. Bot. Zeitung (Berlin) 29(9): 128–139, (10): 145–154, (11): 161–176, (34): 566–571, (35): 573–585, (37): 605–619.
Dequan L., Lidén M., Oxelman B. 2001. Lychnis L. In: Flora of China. Vol. 6.(Caryophyllaceae through Lardizabalaceae). Eds. Z.-Y. Wu, P. H. Raven, D. Hong. Science Press, Beijing, and Missouri Botanical Garden Press, St. Louis.100–102 pp.
Engel T., Barthlott W. 1988. Micromorphology of epicuticular waxes in Centrosperms.Pl. Syst. Evol. 161(1–2): 71–85.
Fahn A. 1990. Plant Anatomy. Pergamon Press, New York, 588 pp.
Fedoseyev G. E. 1988а. Anatomical and morphological study of seeds in genera Melandrium Roehl.andSilene L. Biologicheskiye nauki [Biological Sciences] 6: 58–68 [In Russian]. (Федосеев Г. Е. Анатомо-морфологическое исследование семян представителей родов MelandriumRoehl. и SileneL. // Биол. науки, 1988а. № 6. С. 58–68).
Fedoseyev G. E. 1988b. On morphological characters of seeds of Melandrium sachalinense (Fr. Schmidt) Kudo seeds. Biologicheskiye nauki [Biological Sciences] 10: 60–65 [In Russian]. (ФедосеевГ. Е.ОморфологическихпризнакахсемянMelandrium sachalinense (Fr. Schmidt) Kudo // Биол. науки, 1988б. № 10. С. 60–65).
Gvinianidze Z. I., Fedotova T. A. 1991. Fam. Caryophyllaceae. In: Comparative anatomy of seeds. Vol. 3. Ed. A. Takhtajan. Nauka, Leningrad, 59–74 pp. [In Russian].(ГвинианидзеЗ. И.,ФедотоваТ. А.Семейство Caryophyllaceae // Сравнительнаяанатомиясемян. Т. 3. Двудольные. Caryophyllidae-Dilleniidae.А. Л. Тахтаджян (ред.). Л.: Наука, 1991. С. 59–74).
HoseiniE., GhahremaninejadF., AssadiM., EdalatiyanM. N. 2017.Seed micromorphology and its implication in subgeneric classification of Silene (Caryophyllaceae, Sileneae).Flora 228: 31–38. DOI:10.1016/j.flora.2017.01.006.
Jeffree C.E. 2006. The fine structure of plant cuticles. In: Biology of the plant cuticles. Eds. M. Rieder, C. Müller. Ann. Plant Review 23: 11–140.
Koch K., Ensikat H.-J. 2008. The hydrophobic coating of plant surfaces: Epicuticular wax crystals and their morphology, crystallinity and molecular self-assembly. Micron. 39(7): 759–772. DOI: 10.1016/j.micron.2007.11.010.
Kozhanchikov V. I. 1967. On morphological characterirs of seeds fam. Caryophyllaceae and possible ways of their evolution.Bot. Zhurn.(Moscow &Leningrad) 52(9): 1277–1286 [In Russian]. (Кожанчиков В. И. Морфологические признаки семян семейства Caryophyllaceae и возможные пути их эволюции // Бот.журн., 1967. Т. 52, № 9. С. 1277–1286).
Kravtsova T. I., Romanova V. O. 2014. Carpological studies of Silene s. l. in Komarov Botanical Institute RAS. In: The botany: history, theory, practice(the 300th anniversary of the Komarov Botanical Institute RAS): proceedings of the international scientific conference. GETU “LETI”, St. Petersburg, 119–123 pp. [InRussian]. (Кравцова Т. И., Романова В. О. Карпологические исследования рода Silene s. l. в Ботаническом институте им. В. Л. Комарова РАН // Ботаника: история, теория, практика (к 300-летию основания Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН): Труды междунар. науч. конф. СПб.: Изд-во СПб ГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. С. 119–123).
Kravtsova T. I., Teryokhin E. S. 1987. Histochemical analysis of the seed coat in some representatives of the Orobanchaceae family of the flora of the USSR.Bot. Zhurn.(Moscow& Leningrad) 72(5):644–651 [InRussian]. (КравцоваТ. И.,ТерехинЭ. С.ГистохимическийанализсеменнойкожурыпредставителейсемействаOrobanchaceaeфлорыСССР // Бот. журн., 1987. Т. 72,№ 5. С. 644–651).
Kulshreshtha K., Ahmed K. J. 1993. SEM studies of foliar epicuticular wax morphology in some taxa of Euphorbiaceae With one Table and 6 Plates. Feddes Repertorium. 104(5–6): 361–370. DOI: 10.1002/fedr.19931040512
Martin J. T., Juniper B. E. 1970. The cuticles of plants. Arnold, London, 347 pp.
Melzheimer V. 1977.Biosystematische Revision einiger Silene-Arten (Caryophyllaceae) der Balkanhalbinsel (griechenland).Bot. Jb. 98(1): 1–92.
Melzheimer V. 1980.Revision einiger balkanischer Arten von Silene sect.Inflatae (Caryophyllaceae). Bot. Jb. 101(2): 153–190.
Metcalfe C. R., Chalk L. 1979. Anatomy of the Dicotyledons.2-nd ed. Clarendon Press, Oxford, 267 pp.
Meusel I., Leistner E., Barthlott W. 1994. Chemistry and micromorphology of compound epicuticular wax crystalloids (Strelitzia type). Pl. Syst. Evol. 193(1–4): 115–123.
Meusel I., Neinhuis С., Markstadter C., Barthlott W. 1999. Ultrastructure, chemical composition, and recrystallization of epicuticular waxes: transversely ridged rodlets. Can. J. Bot. 77(5): 706–720.
Mikhailova Yu. V. 2016a.Taxonomic position and phylogeography of arctic-alpine species Silene acaulis (L.)Jacq. (Caryophуllaceae): Abstr. ... Diss. Cand. Sci. St. Petersburg, 26 pp. [In Russian]. (Михайлова Ю. В. Таксономическое положение и филогеография арктоальпийского вида Sileneacaulis (L.)Jacq. (Caryophуllaceae): Автореф. дисс. … канд. биол. наук. СПб., 2016. 26 с.).
MikhaylovaYu. V. 2016b.DNA study for Sileneae DC. (Caryophyllaceae Juss.) systematics. In: The problem of the Botany of South Siberia and Mongolia: collection of scientific articles on materials of XV international scientific-practical Conference (23–26 May 2016, Barnaul). Concept, Barnaul, 153–156 pp. [InRussian].(Михайлова Ю. В. Исследование ДНК для решения вопросов систематики Sileneae DC. (Caryophyllaceae Juss.) // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии: сборник науч. ст. по материалам XV междунар. науч.-практ. конф. (23–26 мая 2016 г., Барнаул).Барнаул: Концепт, 2016. C. 153–156).
NeinhuisC.,BarthlottW. 1997. Characterization and distribution of water-repellent, self-cleaning plant surfaces.Ann. Bot.Lond. 79(6): 667–677. DOI:10.1006/anbo.1997.0400
Nersesian A. A. 1990. On the study of the seed surface in some species of the genus Silene L. (Caryophyllaceae) flora of Armenia. In: Trudy Leningradskoy molodyezhnoy konferentsii botanikov [Proceedings of the Leningrad Youth Botany Conference]. P. 1.Leningrad, 85–94 pp. [In Russian].(НерсесянА. А.КизучениюповерхностисемяннекоторыхвидовродаSileneL. (Caryophyllaceae) флорыАрмении // ТрудыЛенингр. молод. конф. ботаников. Ч. 1. Л., 1990. С. 85–94).
Oxelman B., Lidén M. 1995.Generic boundaries in the tribe Sileneae (Caryophyllaceae) as inferred from nuclear rDNA sequences. Taxon 44(4): 525–542.
Oxelman B., Lidén M., Berglund D. 1997. Chloroplast rps16 intron phylogeny of the tribe Sileneae (Caryophyllaceae).Pl. Syst. Evol. 206(1–4): 393–410.
Oxelman B., Lidén M., Rabeler R. K., Popp M. 2001. A revised generic classification of the tribe Sileneae (Caryophyllaceae).Nordic J. Bot. 20(6): 743–748. DOI: 10.111/j.1756-1051.2000.tb00760.x.
Popp M., Oxelman B. 2004. Evolution of a RNA polymerase gene family in Silene (Caryophyllaceae) – incomplete concerted evolution and topological congruence among paralogues.Syst. Biol. 53: 914–932. DOI: 10.1080/10635150490888840.
Robins R. J., Subramanyam K. 1980. Scanning electron Microscope study of the seed surface morphology of some Utricularia species from India.Proc. Indian natn. Sci. Acad.B46(3): 310–324.
Rudall P. J. 2007. Anatomy of flowering plants.An introduction to structure and development. Cambridge University Press, New York, 145 pp.
Teryokhin E. S., Kravtsova T. I. 1983. Carpological and anatomical analysis of the genus Phelipanche (Orobanchaceae).Bot.Zhurn.(Moscow &St. Petersburg) 68(11): 1488–1496 [In Russian]. (ТерехинЭ. С.,КравцоваТ. И.Карполого-анатомическийанализродаPhelipanche (Orobanchaceae) // Бот. журн., 1983. Т. 68, № 11. С. 1488–1496).
Tzvelev N. N. 2001. On genera of tribe smolevkovyh (Sileneae DC., Caryophyllaceae) in Eastern Europe [De generibus tribus Sileneae DC.(Caryophyllaceae) in Europa orientali].Novosti sistematiki vysshikh rasteniy [Novit. Syst. Pl. Vasc.] 33: 90–113 [InRussian]. (Цвелев Н. Н.О родах трибы смолевковых (SileneaeDC., Caryophyllaceae) в Восточной Европе // Новости сист. высш. раст., 2001. Т. 33. С. 90–113).
VlasovaN. V. 2011.Morphologia semyan sornykh rasteniy sem.Gvozdichnye (Caryophyllaceae).Nauchno-practicheskii jurnal “Vesnik IpGCXA”.44: 27–34 [InRussian]. (ВласоваН. В.Морфологиясемянсорныхрастенийсем.Гвоздичные (Caryophyllaceae) // Научно-практический журнал «Вестник ИрГСХА», 2011. Вып. 44. С. 27–34).
von Wettstein-Knowles P.M. 2018. reiss. Waxes, cutin, and suberin. In: Lipid metabolism in plants. Ed.T. S. Moore. CRC Press, Boca Raton, Ann Arbor, London, Tokyo, 127–166 pp.
Werker E. 1997.Seed anatomy.Encyclopedia of plant anatomy. Vol 10, part 3. Gebrüder Borntraeger, Berlin, Stuttgart, 424 pp.
Wisseman V. 2000. Epicuticular wax morphology and the taxonomy of Rosa (section Caninae, subsect. Rubiginosae).Plant Syst. Evol. 221(1–2): 107–112. DOI: 10.1007/BF01086384.
Опубликован
2019-03-20
Как цитировать
Romanova, V., & Kravtsova, T. (2019). Морфология эпикутикулярных отложений воска на поверхности семенной кожуры в трибе Sileneae (Caryophyllaceae). Turczaninowia, 22(1), 164-184. https://doi.org/10.14258/turczaninowia.22.1.16
Раздел
Научные статьи