Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эмбриология некоторых представителей семейства Onagraceae

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Виэльунска-Войтась, Ориэта

Введение.

Глава I. Обзор литературы.

Глава II. Штерна л и методика.

ГлаваIII. Развитие пыльника.

1. Формирование стенки пыльника.

2. Микроспорогенез и формирование.пыльцевого зерна. 3$

3. Обсуждение.

Глава 1У. Развитие семяпочки.

1. Строение и морфологический тип семяпочки ;макроспорогенез и развитие зародышевого мешка.

2. обсуждение.

Глава У . Опыление,развитие зародыша и эндосперма.

1. Опыление и оплодотворение.

2. Развитие зародыша и эндосперма.

3. Обсуждение. 9.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Эмбриология некоторых представителей семейства Onagraceae"

Актуальность. Эмбриология растений является в настоящее время одной из важнейших областей биологии. Эмбриологические признаки в совокупности с другими расширяют наши представления о филогении различных семейств, родов, видов и углубляют наши знания о биологии отдельных таксонов.

Наглядный пример применимости эмбриологических признаков для систематики представляет собой сем. Onagraeeae juss, эмбриология которого очень своеобразна (Магешвари, 1954). Долгое время оставался дискуссионным вопрос об объеме сем.кипрейные. В последние годы именно данные эмбриологии склонили систематиков изъять род тгара L. из сем. onagraeeae и выделить его в отдельное сем. Trapaceae Dumort. (Тах-таджян, 1966; Takhtajan, 1980).

Семейство кипрейных очень обширное, оно включает около 700 видов, представленных в основном травами, редко кустарниками и деревьями. Они преимущественно мезофиты, но встречаются и гигрофиты.

Эмбриология сем. onagraeeae посвящено относительно много работ. Однако в силу большого объема этого семейства некоторые из видов исследованы недостаточно полно, фрагментарно. В настоящее время общепринятым считается, что для сем. кипрейных развитие зародышевого мешка идёт по типу Oenothera. Остается дискуссионным вопрос о распространении среди этой группы растений Polygonum - типа зародышевого мешка. Практически отсутствовали данные по первым этапам формирования пыльника, что не давало возможности установить, по какому типу идет развитие стенки пыльника в сем. onagraeeae.

Поэтому изучение эмбриологии отдельных представителей сем. onagraceae является ваяньш для выяснения некоторых вопросов эмбриологии, а также систематики и филогении.

Цель и задачи. Целью настоящего исследования был сравнительно - эмбриологический анализ четырех видов кипрейных: мезофитов Chamerion dodonaei (Fill.) Holub., Circaea lute-tiana L. И гигрофита Ludwigia palustris (L.) Ell^Ladwigia repens Forst. (водно - болотное). Изучение эмбриологии кипрейных, относящихся к разным экологическим группам, представляло интерес в связи с выяснением влияния условий обитания на эмбриологию и в связи с возможностью обсудить значимость экологических факторов в эволюции отдельных признаков. Изучение эмбриологии Ludwigia palustris, важно и потому, что триба jussieueae Rochb., которая включает единственный род Ludwigia L., объемлющий 75 видов, является самой примитивной в сем. onagraceae. Род люд-вигия интересен еще тем, что обнаруживает близость к сем. Lythraceae Jaume., в ТО же время ОТ трибы Jussieueae Rochb. повидимому, возникло и сем. Тгарасеае (Тахтаджян,1966; ipakhtajan, 198O). в связи с вышесказанным в работе были поставлены следующие задачи:

1. изучить микроспорогенез и развитие пыльцевого зерна;

2. изучить макроспорогенез и развитие зародышевошо мешка;

3. изучить некоторые этапы опыления, развития зародыша и эндосперма;

4. составить эмбриологическую характеристику кипрейных по строению женской и мужской генеративной сферы.

Научная новизна. Впервые детально изучен генезис пыльника и семяпочки У Ludwigia palustris, Chamerion dodonaei Ctnsaea lutetiana. Исследование развития пыльника позволило установить, что стенка пыльника у исследованных видов развивается по типу Hmbelliferae. Получены новые данные по строению экзотеция и эндотеция. С помощью светового и сканирующего микроскопа получены оригинальные данные по строению пыльцы. Впервые установлено, что пыльца у L.palustris является 8-бороздно-поровой. Изучение динамики сопряженных эмбриологических процессов при формировании женской сферы позволило выявить ряд специфичных особенностей.

На основании собственных и литературных данных впервые составлена эмбриологическая характеристика сем. Onagraceae.

Теоретическая и практическая ценность работы.

Анализ литературы и результаты проведенного исследования выявили, что характерной чертой сем. Onagraceae является своеобразный тип развития зародышевого мешка (тип Oenothera ). У исследованных нами видов не обнаружены зародышевые мешки, развивающиеся по типу Polygonum. Однако имеющиеся в литературе отдельные факты, говорящие о развитии зародышевого мешка в этом семействе по типу polygonum, свидетельствуют о возможности происхождения зародышевого мешка типа Oenothera ОТ типа Polygonum, происхождения сем. Тга-расеае рт Onagraceae,

Данные, полученные по эмбриогенезу исследованных видов, подтверждают точку зрения, высказанную в литературе, о близости сем. Onagraceae К сем. bythraceae Jaume.

Сравнительно-эмбриологические исследования изученных видов, относящихся к разным экологическим группам, позволяет говорить о влиянии условий обитания на строение отдельных эмбриологических структур и показывает значимость экологических факторов в эволюции.

Результаты исследований являются определенным вкладом в разработку ряда вопросов как частной эмбриологии (сем. опа-ё^гасеае }, так и общей. Полученные эмбриологические данные в совокупности с другими могут быть использованы в целях систематики и филогении.

Полученные данные вошли в эмбриологическую характеристику сем. опавгасеае для многолетнего издания мСравнитель-ная эмбриология покрытосеменных растений" и используются в лекциях по. эмбриологии растений в Ленинградском государственном университете им.А.А.Жданова, Симферопольском Государственном университете и Свердловском Государственном университете.

- 7

Заключение Диссертация по теме "Ботаника", Виэльунска-Войтась, Ориэта

ВЫВОДЫ

1. На основании оригинальных и литературных данных впервые составлена эмбриологическая характеристика сем. Qnagraceae, обнаружено высокое постоянство основных эмбриологических признаков И большая степень ИХ сходства У Ch.dodonaei, L.repens

И L.palustris, C.lutetiana,

2. Выявлены основные закономерности в генезисе пыльника кипрейных: а) развитие стенки пыльника по типу Umbeiliferae; б) тапетум секреторного типа, нерегулярно двуслойный; в) микроспорогенез симультанного типа; г) зрелые пыльцевые зерна с крахмалом.

3. В семействе Oaagraceae у L.palustris и L.repens обнаружена трехбороздно-поровая пыогьца.

4. Развитие семяпочки у исследованных нами видов (L.palustris, Eh.dodoriaei,c.lutetianaХарактеризуется следующими основными закономерностями: а) семяпочка анатропная, крассину-целлятная, с фуникулусом и гипостазой; б) микропиле образовано обоими интегументами; в) зародышевый мешок Oenothera

- типа, развивается обычно из микропилярной тетрады; г) неравномерное распределение каллозы в оболочках макроспороцитов и макроспор; д) синергиды с зубцевидными выростами и нитчатыми аппаратом.

5. Установлено отсутствие принципиальных различий по основным признакам строения и развития эмбриональных структур у исследованных видов кипрейных, принадлежащих к разным экологическим группам (мезофиты и гигрофиты). Это обусловлено, вероятно, одинаковыми условиями, в которых происходит развитие репродуктивных органов у этих растений.

- 94

6. Некоторые особенности рг^вития пыльника, касающиеся, например, строения кутикулы экзотеция (у ь.раХшИл^з -с шипиками, усь.йойопае! и р.'Здгье-Ыапа ~ гладкая), размеров и строения пыльцы (например, отсутствие висциновых нитей у С.1гле1;1апа ) обусловлены, по-видимому, способом опыления. Особенности в строении завязи и семяпочки (например, наличие аэренхимы у водноболотных видов и отсутствие ее у наземных) связаны с образом жизни данного растения. Наличие шипиков в завязис.1^е±1апаволосков в семяпочке СЬ.аойопае! объясняются, вероятно, способом распространения семян и плодов: у сь.йоаопае! - анемохорно, у СЛи-ье-иат - зоохорно.

7. Изученные виды кипрейных различаются по типу строения столбика и прохождения пыльцевых трубок: всем видам присуща порогамия и двойное оплодотворение.

8. Эмбриогенез соответствует типу опавгай. Зрелый зародыш имеет две семядоли и апексы побега и корня.

9. Развитие эндосперма происходит по нуклеарному типу. Первые деления в зародышевом мешке происходит синхронно, при последующих эта синхронность нарушается. Клеткообразова-ние наступает на стадии инициации семядолей в зародыше. В эндосперме имеется базальный аппарат.

10. Зрелые семена изученных видов различаются по форме и строению своей поверхности. В них отсутствует эндосперм.

11. Сопоставление собственных и литературных данных по развитию и строению зародыша в сем. Опа§гасеае и ceM.Ly.tli-гасеае показало, что оно протекает в обоих семействах сходно, что свидетельствует о филогенетической близости этих семейств.

- 95 ч сг>

В заключение считаю приятным долгом выразить глубокую благодарность заведующему кафедры ботаники Ленинградского Государственного Университета им.А.А.Жданова, профессору В.М.Шмидту, про(£ессору|в.К.Василевско11 и всему коллективу кафедры за доброжелательное отношение и консультации. Приношу большую благодарность и признательность научному руководителю доктору биологических наук Т.Б.Батыгиной за постоянное внимание и ценные советы при выполнении работы, кандидату биологических наук В.Е.Васильевой, Г.Е.Колесовой за помощь в оформлении диссертации, а также всему коллективу лаборатории эмбриологии Ботанического института им.В.Л. Комарова АН СССР.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Виэльунска-Войтась, Ориэта, Ленинград

1. Батыгина Т.Б.,Терехин Э.С.,Алимова Г.К.Яковлев М.С.

2. Генезис мужских спорангев Gramineaeи Ericaceae .Бот. ж., 1963, т. 48,J68, с. II08-II20.

3. Батыгина Т.Е.,Шзмров И.И. Эмбриология нимфейных и лото-тосовых.1.Развитие пыльника .-Бот.ж. ,1981,т.66,JS 12, с.1696-1709.

4. Виэльунска-Войтась О.К эмбриологии некоторых представителей семейства Qnagraceae.e-B с б.: Проблемы гамето-генеза,оплодотворения и эмбриогенеза.Материалы УШ Всес. совещ. по эмбриологии раст. Ташкент, ФАН ,1983, с,224-228.

5. Герасимова-Навашина Е.Н. Митотическая гипотеза двойного оплодотворения.- Докл. АН СССР, т.57,1*4, с.459-498.

6. Герасимова-Навашина Е.Н. Пыльцевое зерно, гаметы и половой процесс у покрытосеменных.- В кн.: Морфология и анатомия растений. М., 1951, с.294-355.

7. Герасимова-Навашина Е.Н. Двойное оплодотворение покрытосеменных его природа и происхождение.- Дисс. . док. биол.наук,Л., 1954, -680 с.

8. Герасимова-Навашина Е.Н. Двойное оплодотворение покрытосеменных и некоторые теоретические аспекты.- В кн.:Про-блемы эмбриологии. Киев, 1971, с.113-151.

9. Гачечиладзе М.И. Развитие зародышевого мешка типа Oenothera1 Сообщ. АН ГССР, 1974, т. 76, j« 2, с.433-436.

10. Гачечиладзе М.И. К гистохимическому изучению семян онагро-вых.- Сообщ. АН ГССР, 1979, т. 95, Jfc I, с.157-160.

11. Гачечиладзе М.И. Эмбриология некоторых видов семейства она-гровых.- Дисс. . канд.биол.наук. Тбилиси, 1981,- 130 с.

12. Гваладзе Г.Е. , Гачечиладзе М.И. У Всесаюзное совещание по эмбриологии растении /25-27 августа/1971 г."/»- Материалы совещания. Кишинев,изд. "Штимница", 1971, -33 с.

13. Гваладзе Г.Е. , Гачечиладзе М.И. К изучению эмбриологии

14. Onagraceae .- Сообщ. АН ГССР , 1975, т.60 , В 3, с.677-680.

15. Гваладзе Г.Е. Развитие генеративных органов и эмбриогенез у некоторых видов рода Allium L. Дисс. . канд. биол. наук. Тбилиси, 1962, 147 с.

16. Гваладзе Г.Е. Сравнительно-эмбриологическое исследованиезародышевых мешков Polygonum , Oenothera » Allium , Fritillaria у некоторых растений. Автореф. дисс. . докт.биол. наук. Тбилиси , 1972, -54 с.

17. Гваладзе Г.Е. К изучению гетерохроматинообразного вещества в эндосперме. -Сообщ. АН ГССР , 1973, т. 69, $ 2 , с.417-420.

18. Иванина Л.И. Семейство кипрейные / Qaagraceaé /. Б кн.:

19. Жизнь растений /т.5/2//, М., Просвещение, 1981, с.224-228.

20. Камелина О.П. Сравнительная эмбриология семейств Dipsocaceae и Morinaceae-rí JI., Наука, 1980, -103с.

21. Магешвари П. Эмбриология покрытосеменных. ГЛ.:ИЛ, 1954, -439 с.

22. Манивчук Г.Б. Биология развития хаменериума узколистного (Chamaenerium angustifolium /L./Scop.) ' в условиях украинских Háрпат и его хозяйственное использование. Автореф. дисс. . канд. биол. наук. Киев, 1971, -28с.

23. Модилевский Я.С. Об аномальных случаях развития зародышевого мешка у высших растений. Записки Киевского обществалюб. естествоисп., 1910, т.20 , № 4, с.337-356.

24. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. -Л.:"Колос", 1970, -255с.

25. Поддубная-Арнольди В.А. Цитоэмбриология покрытосменных рас-теншь М.: Наука, 1976, -507с.

26. Прозика З.П. Практикум по цитологии растений. -М.:"Колос", 1970, -255с.

27. Рбманов И.Д. Эволюция зародышевого мешка в группе Ти11ра семейства ЫИасеае . Бюл.Среднеаз. ун-та,1945, й 3.

28. Романов И.Д. Типы развития зародышевого мешка покрытосеменных растений. В кн.: Проблемы эмбриологии. Киев, 1971, с.72-113.

29. Тахтадкян А.Л. Систематика и филогения цветковых растений.-М.; Л.: Наука, 1966, -611 с.

30. Шамров И.И. Эмбриология сем. Ceratophyllaceae (роголистниковые) в связи с его систематическим положением. Дисс. . кавд.биол.щук. Л.:БИН, iyöl, - 206 с.

31. Яковлев М.С. Полиэмбриония у высших растений. В кн.: Совещание эмбриологов в Ленинграде. Тез.докл. Л.:изд.ЖУ, 1955, с.26-27.

32. Яковлев М.С. Принципы выведения основных эмбриональных типов и их значение для филогении покрытосеменных. В кн.: Проблемы ботаники. М.; Л: изд.АН СССР, 1958, т.З, с. 168-195.

33. Bartels F. Zar Entwicklung der Keimpflanze von Epilobium hirsu-tum. 1. Die im Proembryo ablaufenden Zellteilung bis zum beginnenden 11 heizformigen Embryo". Flora» bd.144-, s.105-120.

34. Bednara J.Embriologia Epilobium palustre L. rozwoj gametofitu zenskiego badanego w mikroskopie elektronowym. - Lublin, 1978, - 79 s.

35. Bednara J., Rodkiewicz B. Megasporocyte and megaspore Liltrast-ructure in Epilobium. Bull. Acad. Pol.Sei., 1974» v.22, И 12, p.847-856.

36. Bednara J., Rodkiewicz B. Cell polarization in female gametopbyte development in Epilobium (Onagraceae). Ann.Med.Sect. Pol. Acad. Sei., 1975»^20 (2), p.57-58.

37. Bentham G., Hooker J.D. Genera Plantarum. London, 1883.

38. Beth. К, Unterschungen über die Ausflosung von Adventivembryonie durch Wundries. Planta, 1938, v. 28, , p.296-343.

39. Bembachion V., Giombini A. Sullo sviluppo del gametofite fommi-nilo in Tulipa Geaneriana L. An.di Bot., 1930, v.18.

40. Brown A. Pollen morphology of the Onagraceae. Rev. paleobot. and palynol., 1967, v. 3» N 4, p.163-180.-■s.tf'

41. Chiarugi A. II, Gametofito fommineo delle Angiosperme nei suoi vari tipi di costrusiono e di sviluppo. Nuovo Giorn.Bot. Ital. » 1927, v.34, II 5> P.5-133.

42. Corner E.J.H. The seeds of Dicotylédones. 2 vols Cambridge Univ. Press., 1976.

43. Coulter J.M. Cotribution to the life history of Ranunculus. -Bot. Gaz., 1898, N 25» p.73-88.

44. Davis G.L. Systematic embryology of the angiosperms. New York-London - Sydney, 1966, - 528 p.

45. Desai S. Cytology and embryology of Rutaceae. Phytomorpholo-gy, ■ . . 1962, v.12, p. 178-184.

46. Earle F.R., Jones Q. Analysis of seed samples from 113 plant families. Econ.Bot., 1962, v.16, N 4, p.221-280.

47. Engler A., Diels L. Syllabus der Pflanzenfamilien. Berlin, 1936.

48. Eyde R. Reproductive structures and evolution in Ludwigia (Qna-graceae). 1. Androecium, placentation, merism. Ann.Missouri.Bot. Garden, 1977(1978), v. 64, N 3» p.6^-655.

49. Eyde R.H., Ann Mo. Reproductive structures and evolution in Ludwigia (Onagraceae). II. Pruit and seed. Bot.Gard., 1978» v,65, N 2, p.636-675.

50. Geerts J.M. Beitrage zur Kenntnis der cytologischen Entwicklung von Oenothera lamarckiana. Ber.Dtsch.bot.Ges., 1908, v.26, N , s.608-614.

51. Ghosh M. ffihe embryology and systemstic position of Trapa bispi-nosa. Current Sci., 195^, v.23, IT 1, p.24-26

52. Guignard L. Recherches sur le sac embryonaire des phanérogames angiospermes. Ann. Sci. nat.Bot., 1882, t.6, H 13, p.136-199.

53. Häkansson A. Stadien über die Entwicklungsgeschichte der Umbel-liferen. Lunds.Univ.Arss. M.F.Avd., 1923, bd.2, N 18, s.

54. Hiorth G. Zur Kenntnis der Homozygoten und der Pollen-Schlauchkonkurrens hei Oenothera. Z.indukt.Abstamm-U.Vererble-hre, 1927, v.43, p.171-237. Hoeppner E., Ronner 0. Genet^^jhe und zytologische Oenotheren

55. Hutchinson J. The Families of Flowering Plants. I. Dicotyledons.- London, 1926,328p.

56. Hutchinson J. The Families of Flowering Plants. II. Dicotyledons.- London, 1939, 792 p.

57. Jonansen D.A. Studies in the embryology of the Onagraceae. 1.Ha-rtmania tetraptera. Bull.Torrey Bot.Club, 1929, v.56, p.285-298.

58. Anogra pallida. Amer.J.Bot., 1931 > v.18, p.854-864. Johansen D.A. Studies on the morphology of the Onagraceae. 8.

59. Circaea pacifioa. Amer.J.Bot., 1934, v.21, p.508-310. Johansen D.A. Plant embryology. - Waltham, Mass.,USA, 1950^ : p.Q

60. Jones Q, Earle P.R. Chemical analyses of seeds. II.Oil and lutein content of 759 species. Econ.Bot., 1966, v.20, H 2,p.127-155.

61. Khan R. A contribution to the embryology of Jussieua repens.

62. Noher H., Harte C. Different patterns of callose wall formation during megasporogenesis in two species of Oenothera. Planta Sust. and Evol., 1977» v.27, N 1, p.23-28.

63. Pagni P. Ricerche cito-embryologische su Oenothera acaulis.

64. Rodkiewicz B., Kuran H. The specificity of callose distribution in cell wall during megasporogenesis in Onagraceae, Caryo-phyllaceae and Scrophulariaceae. Ann.Univ.ARERS, 1971» v.9»H "1 »P.31-35.

65. Rodkiewicz B., Sniezko R. Differentiation of functional megaspore in Onagraceae. Bull. Soc.Bot. Prance, 1978» N 125» p.163-166.

66. Rutgers F.L. IDhe female gametophyte of angiosperms. Ann.Jard.

67. Subramanyam K., Govindu H.C. The development of the female game-tophyte in Oenothera cdorata. J.Indian bot.Soc., 1948,1. V.27, p. 25-50.

68. Täckholm G. Beobachtungen Uber die Samenentwicklung einiger Onagraceen. Svensk.Bot.Tidskr., 1915, v.9, s.294-561. Warming E., Untersuchungen über pollenbildende Phyllome und

69. Kaulome. Hanstein*s Bot.Abhandl, 1873» t.2, p.1-90. Wettstein R. Handbuch der systematischen Botanik. - Wien, 1955« Wills J.O. A Dictionary of Flowering Plants and Perus. - Cambridge, 1951.

70. Pieriasamy K.»SwamyB.G.L. Morphology of anther tapetumof angiosperms.-Current.Sci. 1966,v.35,N 17»p.427-431.